本應用筆記解釋了如何通過選擇合適的外部元件來實現為其他模塊供電的升壓，從而構建集成升壓轉換器功率級。

介紹

當系統具有高功率要求時，開關穩壓器始終是首選。它們提供高效率和緊湊的PCB解決方案尺寸，以實現令人滿意的電源。本應用筆記提供了一些公式，以指導升壓開關穩壓器在實現升壓電壓時所需的外部元件的選擇。

升壓轉換器配置

作為圖1所示的基本升壓開關穩壓器配置，當低邊開關在時鐘開關周期開始時導通時，高邊開關同時關斷。VLX等于接地電壓;當低邊開關關閉時，高邊開關在一個時鐘開關周期的靜止時間間隔內導通，V.LX等于輸出電壓 V外，忽略了開關電流I引入的高端和低端功率場效應晶體管兩端的壓降房 協和我LS分別流經循環。出現在V上的方波信號LX通過LC濾波器，產生恒定輸出電壓V外，由 V 的占空比 D 控制LX.

同時，在低邊開關導通時間間隔內，電感電流ILX斜坡上升以存儲電感的能量，與高端開關導通時間間隔相反，ILX斜坡下降以傳遞存儲在電感器內的能量，以維持輸出負載。

圖1.升壓轉換器配置

圖2.升壓轉換器波形

選擇電感器

在連續導通模式下，電源開關在一個開關周期中的每個狀態都會消耗功率損耗。增加的電感電流仍然等于電感電流的降低。占空比由以下公式排列：

其中參數為：
VOUT：穩壓輸出電壓
VIN：電源輸入電壓
VDS1：HS 開關兩端的壓降
VDS2：LS 開關兩端的壓降

占空比僅由輸入電壓和輸出電壓決定，忽略V時電除塵器和 V電除塵器:

較高的電感值產生較小的電流紋波ΔILX和峰值電流值 I峰，這決定了開關穩壓器IC輸出的最大負載電流，同時感應出較小的輸入電壓紋波。我峰應小于 IC 可以提供的 ILIM 的最小值。

開關穩壓器IC數據手冊提供了電感選擇范圍，通常為固定標稱值pm容差%，器件內部斜率補償針對在可接受范圍內選擇的外部電感值進行了優化。選擇電感值后，峰值電流得出為直流輸入負載加上半電感紋波電流。

電感紋波電流和峰值電流表示為：

其中參數為：
VIN：電源輸入電壓
D：由公式（2）得出的占空比
fsw：系統上的開關頻率
L：電感值
ILOAD：IC所需的負載電流

流過電感器的均方根 （RMS） 電流為：

其中參數為：
ILOAD：IC所需的負載電流
ΔILX：電感紋波電流計算值由公式（3）計算

選擇具有較高RMS額定電流的電感器，以避免過熱影響效率和性能。數據手冊中提到的電感的飽和電流應大于I的最大值峰在給定的 V 范圍內在使電感值不會下降太多一定數字。電感值越小，成本越低，節省PCB面積，但電流紋波越大，傳導的交流磁芯功率損耗就越多，再加上電感DCR值的傳導功率損耗。電感器上的巨大功耗也會加熱整個緊湊的解決方案區域，從而降低效率，特別是對于大輸入平均電流。

選擇輸入電容

輸入電壓紋波由穩態時的電容元件電容和等效串聯電阻（ESR）貢獻。使用低 ESR X7R 陶瓷電容器，以最大限度地降低輸入電壓紋波。

具有特定輸入電壓紋波的輸入電容表示為：

其中參數為：
ΔILX：電感紋波電流計算值由公式（3）計算
fsw：系統上的開關頻率
ΔVIN：輸入電壓紋波要求

ESR的輸入電壓紋波貢獻表示為：

其中參數為：
ΔILX：電感紋波電流計算值來自公式（3）
RESR：輸入電容器的等效串聯電阻

實際陶瓷電容應大于上述計算值，以便通過直流偏置電壓降額對電容損耗產生一些裕量。請遵循數據手冊中的元件選擇指南，了解穩定輸入電壓所需的最小陶瓷電容。最好并聯放置一個0.1μF陶瓷電容器，以去耦輸入端的高頻噪聲。添加鋁大容量電容，在負載瞬態期間提供大電流，并保持允許的輸入電壓偏差。

選擇輸出電容

當高端開關處于導通狀態時，流經IC輸出路徑的開關電流攜帶開關噪聲，輸出電容有效濾除大部分噪聲，降低輸出電壓紋波。負載電流越大，輸出端的電壓紋波越大。將輸出電容盡可能靠近開關穩壓器放置。

指定輸出電壓紋波的輸出電容計算如下：

其中參數為：
ILOAD：IC所需的負載電流
D：由公式（2）得出的占空比
fsw：系統上的開關頻率
ΔVOUT：輸出電壓紋波要求

ESR的輸出電壓紋波貢獻表示為：

其中參數為：
ILOAD：IC所需的負載電流
D：由公式（2）得出的占空比
ΔILX：電感紋波電流計算值由公式（3）計算
RESR：輸出電容器網絡的等效串聯電阻

當大紋波電流流過輸出電容器時，使用低 ESR 陶瓷電容器以最小化輸出電壓紋波。X7R電介質材料具有更好的溫度特性，可處理電容器上隨溫度升高而引起的較小電容變化。

調整輸出電壓

輸出電壓由固定的內部電阻分壓器設置，或由外部電阻網絡調節（如果適用），并反饋給開關穩壓器IC。當前的I室溫流過頂部電阻器 RT應大于漏電流I的100倍FB進入IC的反饋引腳以保持輸出端的電壓精度。增加一個小的前饋電容CFF與頂部電阻器 R 并聯T在反饋環路中產生升壓零點，以優化相位裕量。

按照數據手冊選擇推薦的底部電阻器 RB在圖3中，以kΩ為單位為較小的值。然后，頂部電阻RT計算公式為：

其中參數為：
RB：可調電阻分壓器網絡中的底部電阻，如數據手冊所示
VOUT：所需輸出電壓
VFB：調節反饋電壓

圖3.可調電阻分壓器網絡配置。

功耗

在特定工況下，輸出功率P外固定在給定的輸出電壓 V 下外和負載電流 I外，并且系統的功率損耗 PLOSS 越小，效率η越高 （η = P外/（P外+ P損失)).電感的功率損耗包括直流傳導損耗（I外2×·EC3）和交流磁芯損耗，由電感器制造商在公式（11）中忽略的特定電感功率模型上提供。

開關穩壓器IC上的功耗表示為：

其中參數為：
VOUT：穩壓輸出電壓
D：由公式（2）得出的占空比
ILOAD：IC所需的負載電流
η：調節器的效率
RDCR：電感直流電阻

器件內部的功耗轉化為熱量，提高了結溫。芯片TJ的結溫超過工作溫度T 的最大極限杰馬克斯在數據手冊中注明，并降低使用壽命并影響產品可靠性。

估算給定環境溫度T下的結溫一個:

其中參數為：
TA：環境溫度
ΘJA：數據手冊中建議的結點對環境的熱阻
PLOSS：公式（11）中器件內部的功率損耗

審核編輯：郭婷