本文将讨论升压变换器的工作原理,以确定其开关电流能力。
升压变换器工作原理
当开关管(M1)在一个开关周期内导通时,电流按以下路径流动:输入电压(V IN )、电感(L)和M1。其中电感电流(I L )的上升将导致电感储存能量(见图 1)。
图1: M1导通时的电流路径
当 M1 关断时,二极管 (D1) 继续导通;由于I L 不会突然变化,电感开始释放能量。电流按以下路径流动:V IN 、L、D1和输出电压(V OUT )(见图 2)。
图2: M1关断时的电流路径
在升压电路的一个开关周期中,由于电感能量的存储与释放,输入得以不断将能量传递给输出(见图 3)。
图3: 升压电路中的能量不断传输至输出
由于在一个周期内输入电容的充放电平衡,平均电流为0A。因此平均 I L 等于平均输入电流 (I IN_AVG ),最大 I L 等于最大开关电流(见图 4)。
图4: 电感电流、开关管电流和二极管电流波形
降压变换器的标称电流为 I OUT ,而升压变换器的标称电流为最大开关电流。最大开关电流等于峰值电感电流(I L_PEAK )。由于 I L 中存在纹波,I L_PEAK 需根据公式 (1) 来计算:
通过VOUT和IOUT计算最大输出功率(POUT_MAX)。并将 VOUT和IOUT除以效率 η 以获取最大输入功率 (PIN_MAX),然后再用PIN_MAX除以最小 VIN以确定最大输入电流(IIN_MAX)。
其中电流为平均值。平均电流乘以电流纹波系数即可获得峰峰值I
L
。
纹波系数通常为 30%,这意味着 I L_PEAK 等于平均电流的 1.15 倍。根据这个公式就可以对芯片进行初步选型,即,I L_PEAK 必须低于流过开关管的最大电流(见图5)。
图 5:决定芯片初步选型的峰值电感电流
结语
本文阐述了确定升压变换器开关电流能力的步骤,这些步骤与V IN 和 V OUT 需求相结合,这对升压变换器的正确选型十分必要。
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