BOOST結(jié)構(gòu)的工作原理及波形

　　在電源芯片的規(guī)格書中，我們常常會遇到這樣一個參數(shù)：Switch Current Limit，翻譯過來就是“開關(guān)電流限值”，常有些人誤認為這就是輸出電流限值。那么什么是開關(guān)電流？

　　開關(guān)電流與輸入輸出電流有什么關(guān)系，知道了開關(guān)電流限值，我們怎么確定最大輸入、輸出電流呢？第一個問題很好回答，開關(guān)電流就是流過開關(guān)管的電流。但第二個問題就比較復雜了，不同的拓樸結(jié)構(gòu)，他們?nèi)咧g的關(guān)系也是不同的。

　　本次我們先討論一下 BOOST 升壓結(jié)構(gòu)下，三者之間的關(guān)系。

　　BOOST 結(jié)構(gòu)的工作原理及波形

　　BOOST 結(jié)構(gòu)簡單原理圖見圖 1，工作時各點的電壓電流波形見圖 2。

　　不考慮上電時的情形，僅考慮穩(wěn)定工作時，情況如下：當開關(guān)管 Q 導通時（開關(guān)管電壓為 0），電感 L 相當于一端接 VIN，另一端通過開關(guān)管接到 GND。

　　此時，VIN 給電感充電（電感電壓左正右負），電感電流上升，由于開關(guān)管串聯(lián)在回路中，故此段時間，開關(guān)管 Q 電流等于電感 L 電流，同時此過程續(xù)流二極管 D 反偏，故二極管上無電流。

　　當開關(guān)管 Q 關(guān)斷時，由于電感電流不能突變，電感電壓變?yōu)樽蟮陀腋?，此時有 VIN+VL=VOUT，（VL 為電感 L 上電壓差），故開關(guān)管 Q 關(guān)斷時承受的電壓為 VOUT。此時由于電感給 COUT 電容及負載供電，電流逐漸減小，又由于電感與續(xù)流二極管 D 串聯(lián)，故流過肖特基的電流等于電感放電電流，同時由于開關(guān)管 Q 關(guān)斷，故開關(guān)管 Q 的電流為 0。

　　開關(guān)電流與輸入、輸出電流的關(guān)系

　　通過上面的分析，我們知道，對于 BOOST 電路，電感始終與 VIN 串聯(lián)在一起，也就是說，電感的平均電流等于輸入電流；同時，上面的分析也可以得出，流過開關(guān)管的最大電流等于電感的最大電流。故，BOOST 結(jié)構(gòu)電路的開關(guān)電流與輸入端電流直接相關(guān)。

　　由于電感上電流有一定的紋波（紋波大小與電感的感量有關(guān)），在實際選型時，要求系統(tǒng)輸入電流小于開關(guān)電流限值，并留有一定的余量（考慮到電感感量及功率問題，通常我們建議留 1 倍的余量，即開關(guān)電流限值為 5A 時，輸入端電流不超過 2.5A）。

　　通過輸入端電流，可以推算出輸入功率，也就可以進一步推算出最大的輸出電流；由于輸出電壓大于輸入電壓，所以輸出電流肯定小于輸入電流。

　　綜上：實際應(yīng)用中開關(guān)電流（ISW）大于輸入電流（IIN），輸入電流（IIN）大于輸出電流（IOUT）。

　　實例

　　以 XL6006 BOOST 結(jié)構(gòu)為例，計算 12V 輸入，24V 輸出時，推算 XL6006 能做到的最大輸出電流值？（XL6006 開關(guān)電流限值 5A）。

　　開關(guān)電流限值為 5A，留 1 倍的余量時，推薦最大輸入電流：5A/2=2.5A

　　則輸入端功率：2.5A*12V=30W

　　按效率 90%計算，輸出端功率 30W*0.9=27W

　　輸出端電流：27W/24V=1.125A

　　元器件選型時注意事項：

　　輸入電流平均值為 2.5A，電感續(xù)流能力至少按照 1.5 倍選取，即 2.5A*1.5=3.75，選用續(xù)流能力 4A，感量 47uH 的鐵硅鋁材質(zhì)電感；流過肖特基的峰值電流與電感峰值電流相同，肖特基可以選用電流能力 5A，耐壓 40V，SMC 封裝，如 B540C。由于功率較大，要做好系統(tǒng)散熱處理。

　　審核編輯：黃飛