NEST040 June 2019 LM5155 , LM51551 , LM5156
升壓轉(zhuǎn)換器可透過較低的輸入電壓提供較高的輸出電壓。若要取得最大程度的「升壓」，必須將操作占空比最大化。
升壓控制器的最大連續(xù)占空比具有限制，其在較低切換頻率下通常最高。若您超過此最大占空比，則會(huì)發(fā)生脈衝略過，這通常會(huì)造成損害且應(yīng)加以避免。許多控制器皆在 80% 至到 90% 範(fàn)圍內(nèi)具有最大占空比，若以極低切換頻率運(yùn)作，可能會(huì)提昇數(shù)個(gè)百分比。低切換頻率需要較大的元件和更大的電路板面積。不過即使以低切換頻率運(yùn)作，可能仍無法取得足夠的升壓。那我們應(yīng)該怎麼辦？
圖 1 顯示傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器功率級的簡化電路圖。其主要優(yōu)點(diǎn)是低元件數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)電感器，以及簡易低側(cè)升壓控制器的實(shí)作能力。不過，這種基本升壓的主要限制，在於若假設(shè)最大占空比為 90%，則只能提供 10 對 1 的最大升壓比。若需要更多升壓，您可嘗試使用具有電荷泵倍頻器的返馳或升壓轉(zhuǎn)換器。新增至升壓的電荷泵對於低輸出電流十分有利，但實(shí)作時(shí)需要額外元件。選擇返馳也是合理的解決方案。不過，即使是更簡易的解決方案，其變壓器針腳較少，匝比和洩漏電感也較低。
圖 1 傳統(tǒng)單一電感器升壓轉(zhuǎn)換器功率級。圖 2 顯示自動(dòng)變壓器升壓轉(zhuǎn)換器。其會(huì)使用位於同個(gè)核心的兩個(gè)串聯(lián)連接繞組，作為無隔離的變壓器。將一次繞組與二次繞組串聯(lián)，可減少與返馳相比所需的匝比，且所需的針腳也較少。
圖 2 自動(dòng)變壓器升壓轉(zhuǎn)換器提供的輸出電壓比傳統(tǒng)升壓更高。方程式 1 表示指定 Vin、Vout 和 n2/n1 匝比在連續(xù)傳導(dǎo)模式 (CCM) 下運(yùn)作的占空比 (忽略場效電晶體 [FET] 和電流感測電阻壓降)：
您會(huì)發(fā)現(xiàn)到大 n2/n1 匝比會(huì)具有低占空比。這有利於提供更高的輸出電壓。方程式 2 可求解 Vout 的運(yùn)算式：
您會(huì)發(fā)現(xiàn)到若 n2/n1 = 0，運(yùn)算式會(huì)與傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器相同。因此，對於非零 n2/n1 匝比，Vout 會(huì)以 (n2/n1)*Vin*d/(1-d) 同等增量，因此輸出電壓可能會(huì)更高。
圖 3 會(huì)針對多個(gè) n2/n1 匝比，繪製升壓比、VOut/Vin 與占空比的比較圖，其中包括傳統(tǒng)升壓的零以供比較。在 90% 的占空比中，傳統(tǒng)升壓比為 10，而 n2/n1 = 1 的升壓比則為 19，因此可實(shí)現(xiàn)將近兩倍的輸出電壓。您可輕易地使用標(biāo)準(zhǔn)耦合電感器實(shí)作 1 對 1 n2/n1 比率，其中多數(shù)電感器皆可隨時(shí)使用。較大的匝比可提供更高的輸出電壓。
圖 3 分接電感器可減少占空比並啟用更高的輸出電壓。您通常會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格來瞭解升壓比。最大實(shí)際占空比是由選擇的控制器，以及所需的切換頻率來決定。圖 4 說明如何輕鬆判斷所需的匝比。例如，假設(shè)您需要來自 10-V 輸入的 250 V 輸出，且希望將最大占空比限制在 80%。選擇 250 V/10 V = 25 的升壓比，然後遵循此數(shù)值達(dá)到藍(lán)色曲線 (d = 0.8)；所需的 n2/n1 爲(wèi) 5。
方程式 3 顯示關(guān)閉時(shí) FET 的電壓應(yīng)力，同時(shí) 方程式 4 顯示整流器反向電壓應(yīng)力：
針對上述設(shè)計(jì)範(fàn)例，F(xiàn)ET 和整流器電壓應(yīng)力分別爲(wèi) 50 V 及 300 V。FET 電壓應(yīng)力遠(yuǎn)低於傳統(tǒng)的升壓，後者約為 250 V。由於會(huì)產(chǎn)生洩漏電感，因此可能需要電阻器電容器減震器來減少振鈴。
圖 4 選擇您的升壓比與最大占空比，以決定所需的匝比。在 CCM 升壓轉(zhuǎn)換器中實(shí)作自動(dòng)變壓器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。只需增加繞組，即可使輸出電壓盡可能增加至超過傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器的電壓。其可降低操作占空比、支援更高的切換頻率、更小的元件尺寸，以及更低的 FET 電壓。減少佔(zhàn)空比也可提供更廣泛的控制器選擇，這些控制器以往在傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器中執(zhí)行時(shí)，無法在足夠高的佔(zhàn)空比下運(yùn)作。
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