升壓轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用設(shè)計分析

升壓轉(zhuǎn)換器的拓撲類型如何？

本質(zhì)上，升壓轉(zhuǎn)換器IC被用于電池供電或便攜式電子設(shè)備以“提升”或“舉升”電池電壓至更高的電平。這些非隔離轉(zhuǎn)換器采用了電感器。還有，在輸入和輸出之間有電流通道。電荷泵(開關(guān)電容器)轉(zhuǎn)換器是另一種不太傾向于轉(zhuǎn)換器(transforemer-less)的解決方案。這里，我們僅考慮開關(guān)模式升壓轉(zhuǎn)換器。

存在隔離升壓轉(zhuǎn)換器拓撲嗎？

隔離升壓轉(zhuǎn)換器采用反激式(降壓-升壓)式或正向轉(zhuǎn)換器(降壓)拓撲。隔離要求采用轉(zhuǎn)換器(transformer)，所以任何所需的升壓比或降壓比取決于轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換比。

不太傾向于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)模式升壓轉(zhuǎn)換器IC如何工作？

在基本升壓IC電路中，閉合開關(guān)允許電感器中產(chǎn)生(build up)電流(圖1)。當開關(guān)斷開時，貯存的電感器能量通過升壓二極管輸出。幾個開關(guān)周期之間，在輸出電容器上穩(wěn)定的dc電壓將比輸入電壓更高。

什么因素決定了升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓？

在圖2中更具體的電路中，功率MOSFET取代了機械開關(guān)。脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制電路驅(qū)動MOSFET以確保繼續(xù)整流輸出。負載周期決定了輸出電壓，它為開關(guān)開啟時間與整個開關(guān)周期之間的比。

升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器如何對其輸出電壓進行整流？

通常，輸出上的電阻分流器將部分輸出電壓反饋至誤差放大器。該放大器將反饋電壓與一個穩(wěn)定參考電壓進行比較。參考電壓與反饋電壓之間的差異將引起PWM負載周期的變化，以使轉(zhuǎn)換器維護恒定輸出電壓。

升壓轉(zhuǎn)換器電感器的選擇標準如何？

隨著開關(guān)的打開和閉合，升壓電感器會經(jīng)歷電流紋波。如果電流擺動超過其平均值的±20%，就要考慮對電感進行優(yōu)化。電感過大將要求使用大得多的電感器，而電感太小將引起更大的開關(guān)電流，特別在輸出電容器中，而這又要求更大的電容器。

升壓轉(zhuǎn)換器IC中輸出二極管的選擇標準如何？

該二極管必須具有與輸出電壓相等或更大的反向額定電壓。其平均額定電流必須比所期望的最大負載電流大得多。其正向電壓降必須很低，以避免二極管導(dǎo)通時有過大的損耗。此外，當從導(dǎo)通狀態(tài)到非導(dǎo)通狀態(tài)時，需要很快恢復(fù)。肖特基二極管(而非傳統(tǒng)的超快速二極管)具有更低的正向電壓降和極佳的反向恢復(fù)特性，所以它們對于低壓升壓應(yīng)用都是不錯的選擇。

如何選擇升壓轉(zhuǎn)換器IC的輸入電容器？

升壓轉(zhuǎn)換器在其輸入具有三角電流波形，所以要求輸入電容器對此解耦并因此減少輸出電壓紋波。否則，它將產(chǎn)生過大的電磁干擾(EMI)和噪聲，它可逆流傳播并引起對其他電路問題。大電容也對應(yīng)付突然的線路和負載變化有所幫助。

升壓轉(zhuǎn)換器中輸出電容器有何作用？

至輸出電容器的電流具有帶有大高頻諧波含量的鋸齒梯形(choppy trapezoidal)波形。通過電容器的輸出電流的RMS值也比輸入大得多。因而，應(yīng)采用低等效串連電阻(ESR)電容器，如陶瓷、聚合電解材料，或低ESR鉭材料電容器。較高的ESR電容器要求更仔細研究轉(zhuǎn)換器的頻率補償。

升壓轉(zhuǎn)換器有何布局考慮？

為適當解耦，要將輸入電容器適當靠近轉(zhuǎn)換器。減小線跡連接，特別是輸出電容器和二極管，以減少噪聲尖峰和EMI。使輸出反饋電阻和至反饋引腳的線跡遠離的電磁場源，如電感器、開關(guān)和二極管等。