關(guān)于Boost轉(zhuǎn)換器的測(cè)試方法介紹

工程師在選擇一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器的時(shí)候，首先需要知道自己要達(dá)成的目標(biāo)。通常情況下，這個(gè)目標(biāo)可以被定義如下：

輸入電壓Vin是多少？這個(gè)數(shù)據(jù)常常表現(xiàn)為某一個(gè)范圍，即便給出的是一個(gè)單純的電壓值，我們也有必要把它轉(zhuǎn)化為一個(gè)電壓范圍。

輸出電壓Vout是多少？與之相伴的常常還包括誤差指標(biāo)和紋波電壓幅度或是其相對(duì)輸出電壓的比例。

負(fù)載電流Iout是多少？

有了這三個(gè)指標(biāo)，我們就可以開始器件的選擇了。但在你閱讀產(chǎn)品規(guī)格書的時(shí)候，Boost轉(zhuǎn)換器的規(guī)格書通常不會(huì)給出輸出電流的能力，甚至連輸出電壓的最高值也不會(huì)給你，這是因?yàn)檫@些參數(shù)都是隨著輸入電壓的變化而變化的。

Boost器件能夠列出來的指標(biāo)，最重要的是輸入電壓范圍、工作頻率、占空比最大值、集成化開關(guān)的最大電流限制值和耐壓值，其它的就都是輔助的了，它們不是不重要，但在選型的初始階段是不重要的。

對(duì)于Boost器件來說，最惡劣的工作條件出現(xiàn)在輸入電壓最低、輸出電壓最高和負(fù)載電流最大的時(shí)候。此時(shí)，占空比最大化，開關(guān)管電流最大化，開關(guān)管承受的電壓最大化。所以，我們只要知道這些最大化的參數(shù)是否超出了器件的指標(biāo)，就知道這顆器件是否滿足需求了。我們后面的計(jì)算都是以最惡劣的情況為依據(jù)進(jìn)行的，進(jìn)行過程中就不再說明了。

為了方便理解，我們先把Boost的拓?fù)鋱D和電感電流與其它參數(shù)之間的關(guān)系圖放在這里：

指標(biāo)1：開關(guān)管最高耐壓

Boost轉(zhuǎn)換器開關(guān)管上的最高電壓出現(xiàn)在開關(guān)管截止、電感電流經(jīng)續(xù)流管流向輸出端時(shí)。

為了使續(xù)流管D能夠?qū)ǎ琇X端的電壓必須高于輸出電壓一定的值才能實(shí)現(xiàn)。此電壓由兩部分組成：輸入電壓Vin和電感上的反激電壓。在一定的條件下，輸入電壓是不變的，電感上的反激電壓卻是根據(jù)需要自動(dòng)產(chǎn)生的。

當(dāng)輸出電壓確定了的時(shí)候，很容易就可以推知會(huì)出現(xiàn)在開關(guān)管上的最高電壓是多少，因?yàn)槠溟g的差就是續(xù)流開關(guān)導(dǎo)通壓差VL??X - Vout。對(duì)于非同步的Boost轉(zhuǎn)換器來說，這個(gè)差值由所用肖特基二極管的導(dǎo)通壓差決定，此值通常只有0.xV；對(duì)于同步架構(gòu)的Boost來說，同步續(xù)流開關(guān)的導(dǎo)通壓差是比較小的，否則也就失去同步化的價(jià)值了。所以，只要開關(guān)管最高耐壓比輸出電壓比高1V以上就應(yīng)該是安全的了，這是就理想狀況而言的，非理想狀況的問題我們以后再談。

指標(biāo)2：最大占空比

Boost轉(zhuǎn)換器要想將能量送往輸出端，它必須先將能量存入電感，然后再釋放。能量存入電感的過程通過將輸入電壓加到電感上來實(shí)現(xiàn)，這時(shí)候開關(guān)SW處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)每次導(dǎo)通的時(shí)間長度為Ton。能量釋放至輸出端的過程，時(shí)間長度為Toff。Ton和Toff兩段時(shí)間合在一起成為一個(gè)周期，這樣的周期反復(fù)進(jìn)行，輸出端就可得到適當(dāng)?shù)妮敵鲆詽M足負(fù)載的需要。Ton在一個(gè)周期中所占的比例Ton/T被稱為占空比D。在一定的輸入電壓下能否達(dá)成需要的輸出電壓，這是由占空比決定的。

當(dāng)開關(guān)SW導(dǎo)通的時(shí)候，電感電流IL在Vin的作用下從谷值Iv升高至峰值Ip：

在開關(guān)SW截止的Toff時(shí)間段，IL在Vout - Vin的作用下從Ip降低至Iv：

在平衡狀態(tài)下，電感電流的增加和減少總是相等的，于是有

消除相同項(xiàng)，得伏秒平衡公式：

因?yàn)?/p>

可得

這就是在一定輸入電壓Vin下要得到一定的輸出電壓Vout必須的占空比，此值必須小于所選器件的占空比最大值，否則就不可能得到需要的輸出電壓。

我在此文中不會(huì)談到器件的工作頻率，但上述推導(dǎo)中已經(jīng)把它包含進(jìn)去了，它就是T的倒數(shù)。另外，計(jì)算過程中也忽略了續(xù)流管的導(dǎo)通壓差，這會(huì)導(dǎo)致計(jì)算誤差，這種誤差在低壓應(yīng)用中影響相對(duì)較大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以再把它加進(jìn)去進(jìn)行計(jì)算，或者是在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加上一個(gè)補(bǔ)償即可。

指標(biāo)3：開關(guān)管最大電流限制值

前面的計(jì)算過程中，我們列出了電感電流的峰值計(jì)算公式，但如果不知道電感電流的谷值，我們?nèi)匀粺o法計(jì)算峰值。

好在我們可以很容易地知道Boost轉(zhuǎn)換器的輸入電流平均值。根據(jù)輸出電壓和電流的大小，我們很容易算得輸出功率的值，該值除以轉(zhuǎn)換器的效率以后即可得到輸入功率。有了輸入功率，又有輸入電壓數(shù)據(jù)，輸入電流平均值是手到擒來。

Boost轉(zhuǎn)換器的輸入電流是連續(xù)的，有了它的平均值，再加上電感電流的紋波數(shù)據(jù)，我們要的峰值電流數(shù)據(jù)就有了。

在電流連續(xù)模式下，實(shí)際出現(xiàn)在電感中的電流是連續(xù)的三角波，其上升部分流入開關(guān)SW，下降部分流入續(xù)流開關(guān)，所以，知道了電感電流的峰值，也就知道了開關(guān)管和續(xù)流開關(guān)的電流峰值即最大值。

對(duì)于三角波的電感電流，其平均值就是電流峰值Ip和谷值Iv的和除以2。

現(xiàn)在假設(shè)紋波峰峰值是平均電流的20%，則很容易就知道電感電流峰值是輸入電流平均值的1.1倍，即：

如果不考慮效率，也就是說我們假設(shè)轉(zhuǎn)換器的效率為100%，上述公式可被轉(zhuǎn)化為

只要計(jì)算出來的Ip值小于器件規(guī)格書中列出來的開關(guān)管最大電流限制值，這項(xiàng)指標(biāo)就算通過了。只是不要忘了，這個(gè)結(jié)果是在效率為100%的狀況下得到的，如果你一定要通過輸出電流來計(jì)算電感電流峰值，你不妨將其中的1.1改為1.3來使用，這大概能反映效率的作用。