升壓型DC-DC的工作路徑和工作原理

DC-DC------升壓型的工作原理

1.升壓型DC-DC的工作路徑

圖3-1紅色箭頭表示開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)時(shí)的電流流向：正極--->電感(此時(shí)對(duì)電感進(jìn)行充能)--->開(kāi)關(guān)元件--->GND。

圖3-1：開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)時(shí)電流流向

圖3-2綠色箭頭表示開(kāi)關(guān)元件關(guān)閉時(shí)的電流流向：電感(此時(shí)電感進(jìn)行放能)--->--->續(xù)流元件--->Cout--->負(fù)載--->GND。

圖3-2：開(kāi)關(guān)元件關(guān)閉時(shí)電流流向

輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，檢查輸出電壓是否為設(shè)定電壓，低于設(shè)定電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)變?yōu)镺FF，電感疊加VIN輸出供電，此時(shí)，電感會(huì)反向釋放電動(dòng)勢(shì)能量。如果輸出電壓高于設(shè)定電壓，則開(kāi)關(guān)ON，電感不再疊加釋放，VIN給電感充能。當(dāng)電感在蓄積磁能，輸出電壓開(kāi)始下降時(shí)，開(kāi)關(guān)再度變?yōu)镺FF。如圖3-3是連續(xù)過(guò)程中的電流波形：

圖3-3：關(guān)鍵波形

2.升壓型DC-DC的工作原理

工作流程

圖3-4：升壓型工作流程

S1打開(kāi)，S2關(guān)閉時(shí)，電感紅色電流路徑消失，電感產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，疊加在此前的VIN上，形成比VIN更高的電壓，此時(shí)可以理解為兩個(gè)電池串聯(lián)我們前面講過(guò)，電感L 是一個(gè)儲(chǔ)能元件，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，輸入的電壓對(duì)電感充電，形成的回路是：輸入VIN→電感L→開(kāi)關(guān)管Q;當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，輸入的能量和電感能量一起向輸出提供能量，形成的回路是：輸入VIN→電感L→二極管D(續(xù)流元件)→電容C→負(fù)載RL，因此這時(shí)候輸出的電壓肯定就比輸入的電壓高，從而實(shí)現(xiàn)升壓。

3. 關(guān)鍵工作波形

圖3-5：PWM產(chǎn)生

圖3-5所示升壓轉(zhuǎn)換器的控制回路是通過(guò)分壓電阻的采樣，然后經(jīng)過(guò)誤差比較器和基準(zhǔn)源比較，最后輸出PWM。需要注意的是這種電路在芯片不工作的時(shí)候，它的輸入到輸出就已自然經(jīng)形成了回路，從輸入→電感→二極管→電容→負(fù)載，所以如果不是在同步的升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)里面，在輸入電路部分應(yīng)該增加一個(gè)切換電路，否則在電池供電的時(shí)候，電池的電量就白白用完了。1：放大FB信號(hào)，使ADJ電壓和基準(zhǔn)電壓相同，2：比較FB電壓和三角波，決定應(yīng)該ON的時(shí)間。

圖3-6：關(guān)鍵器件波形

4.占空比和升壓的關(guān)系

升壓型的電壓、電流范圍有上限，根據(jù)負(fù)載電流，一般約3-5倍左右為上限。FET的ON時(shí)間越長(zhǎng)，電感蓄積的磁能越多，產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)越高，越能升到更高電壓。圖3-7和圖3-8演示了占空比Duty的變化帶來(lái)的升壓量的變化，注意一個(gè)細(xì)節(jié)，升壓越高，Vout的波形更加陡峭，也就是毛刺更多更高，EMI也更多，需要額外注意。

圖3-7：20%占空比，SW關(guān)閉時(shí)間占20%

圖3-8：80%占空比，SW關(guān)閉時(shí)間占80%