这个技术帮助你升压升到足够高

2019-05-14来源: 电子创新网关键字:升压转换器

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKibYLOH2pibXe5Fd4WWJLwXLZdEiaYeXcnKQZFe6ScVz0VANcsiaBRiaYo9WQ/640?wx_fmt=jpeg

 

传统的单相输出升压转换器线路虽然线路简单,但其输出电压的升压范围也会受到限制,本文介绍了一种利用“多相输出”的方法,能够获得更高升压因子、提高升压转化电路升压范围,与单相转换器比较,使用多相输出还可获得更高效率、更小尺寸和更低电容器纹波电流等优势。

 

电子设备中,如果需要从低电压产生高电压,一般可以考虑使用升压转换器 (Boost Converter)。在升压转换器现实应用中,往往既要达到更多的电流需求,又要实现高效率和低输出纹波,同时又要满足电路尺寸小巧等要求,因此一种理想的解决方案就是采用多相输出的升压控制电路。

 

升压转换器原理

 

图1显示了升压转换器的原理图。在导通时间内,开关S1闭合,能量在线圈L中存储。电感上的电流随输入电压和地电位的差值呈线性增加。在关闭期间,当S1打开并且S2关闭时,存储在电感上的能量被釋放输出。在此时间段内,电感上两端的电压对应于输出电压减去输入电压。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKibLUQJB8EnEvNkNt9OpvpM6hQ6r298x3KS7pzVAaKFyp46NVYOb0nwRA/640?wx_fmt=png

 

图1,用于从低电压产生高电压的升压拓扑。

 

为了使这种相互作用发挥作用,必须有足够的时间让电感进行充电和放电。通过控制回路,可以想像:当需要更多的能量输出时,这意味着必须从输入端输出更多的能量。 这时,电感必须存储更多的能量,开关S1便必须闭合( closed-circuit )更长时间。 但是,对于固定的开关频率,会导致在开路期间( open-circuit )內从电感上获取能量的可用时间更少,结果造成输出电压下降到设定的目标值。这正是升压拓扑的限制。通过这个概念,在已知输入电压的情况下输出电压也会受限制。在典型应用中,最大升压因子( Boost Factor )介于3和7之间。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKib6Flbg3KpT0ICPMeygJUYyyqJ7VvQM7IBtuo2iarrmOVqaTGWKTUd48Q/640?wx_fmt=png

 

图2,升压因子和相应的占空比( Duty Cycle )的关系曲线图

 

图2中曲线的变化真实地显示出输出端负载电阻和电感的直流电阻的改变,对升压因子造成的影响。假设负载电阻为100Ω,48V的输出电压,这对应于负载电流480mA。当电感的串联电阻(DCR)只有2Ω,最大升压因子是有可能刚好超过3; 但对于DCR为1Ω,略高于5的升压因子是可以实现的。如要求更高的升压因子,就必须选用具有更低的串联电阻值的电感。

 

升压转换器电感的选择

 

电感值的选择很重要,因为它决定了电感上的电流纹波,从而决定了输出端的电压纹波。根据图1,平均电感电流IL,AVE由下式给出:

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKibk1YBNP2ia1cicRdczBsB6edByILv2hHvKrVP6hJBpgD55ia3DK9cmtY2Q/640?wx_fmt=png

 

其中xD 是占空比 (Duty Cycle); ILOAD 是负载电流。

 

峰值电感纹波电流与电感值成反比

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKibrKuhhHmBeB0Vasu3XlDmPOpLYvPIQPguRE3mslgEMrzjT6ZdHpGdow/640?wx_fmt=png

 

当中fSW是开关频率; L是电感值。

 

假设升压转换器在连续导通模式 ( Continuous Conduction Mode, CCM) 下工作,峰值电感电流可从公式(1)和(2)得出,具体计算如下:

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKib769ql0CUTHgZaQ4W1iadNMAUSwz65et1VrFcicNpj3VahfvPeXGj4mpA/640?wx_fmt=png

 

较小的电感值的器件通常体积较小,较便宜,但根据公式(3)可以知道这样会增加纹波电流,较大的纹波电流也会增加电感器内核的功率损耗。电感值太大会导致额外费用,另外,如应用于电流模式控制(current-mode control)时,过大的电感值也会降低斜率补偿(Slope-Compensation)线路在高占空比 ( >50 % ) 时的效益。

 

多相输出的优势

 

而另一个获得较高升压因子的方案就是使用多相(Multi Output Phases )。以ADI公司的LTC7840芯片为例,当中包含两个升压控制器。这使得实现两相升压概念变得容易。图三显示了电源电压为12V的示例,输出升压至240V电压。两相升压级将电压分开增加,使得每级仅需要将电压增加约4.5倍。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKibJwLI0iaj0DUYsb893Tic8Zx7mUQwdZAIabB8y8tYtToIdkiaYBSaomW5w/640?wx_fmt=png

 

图3,两相概念:用于从低输入电压产生极高输出电压

 

比较使用单相升压转换器,多相输出有更高的效率,更小的尺寸和更低的电容器纹波电流的优势。更高的有效开关频率和相位纹波电流可显著降低滤波电容的尺寸和成本,并降低输出纹波。

 

多相输出升压控制器选型

 

Digi-Key官网上,升压控制器筛选列表参数中提供了不少参数选项以协助工程师选料,其中“输出阶段”便是其中之一。“输出阶段”即代表芯片可以有多少相输出。

 

筛选列表中的参数选项多,意味着工程师在选料时更能了解其他参数的可选择性,例如“输出类型”、“串行接口”或“封装”等这些对工程师在设计时重要的参数指标,同时也可清楚地展现出物料的市场导向。

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKibqQicRYtqG6VAja0grQuKfeNgZpVyNHOgxVoxfAas9RVyGaNl7aflrDQ/640?wx_fmt=png

 

图4,Digi-Key官网上升压控制器部份参数选项

 

例如在查找四相输出升压控制器时,得出Renesas公司的ISL78225ANEZ,再经搜寻功能中“零件比较”的协助(如何比较?可访问Digi-Key官网中「隐藏的搜索秘密」的零件搜索小技巧!)

 

https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LtFQ6KRU4MUIPB0EdNxicdmaYOxV9icfKib3ft5SJ2zSk2mYdXe8GV1htN6iboKhjVH0EdrOxLdks9ibrfcOL7n3XTQ/640?wx_fmt=png

 

图5,ISL78225ANEZ与LTC7840EUFD#PBF芯片的参数比较

 

总结

 

传统的“单相输出”升压转换器线路中,虽然线路简单,但在已知输入电压的情况下输出电压也会受限制,所以在要求更高升压因子的应用中,“多相输出”是一个可行的选择。市场上已有包含“多相输出”的单芯片可供选择。

 

与单相转换器比较,使用多相输出还可获得更高效率、更小尺寸和更低电容器纹波电流等优势,更高的有效开关频率和相位纹波电流可显着降低滤波电容的尺寸和成本,并降低输出纹波。

 



关键字:升压转换器

编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/dygl/ic461740.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:技术文章—检测并强化对非侵入式篡改的攻击
下一篇:提升MOV的可靠性和安全限制而设计 GMOV™过压保护产品问市

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

如何在dc - dc升压转换器中选择正确的电感值

升压拓扑结构在功率电子领域非常重要,但是电感值的选择并不总是像通常假设的那样简单。在dc - dc升压转换器中,所选电感值会影响输入电流纹波、输出电容大小和瞬态响应。选择正确的电感值有助于优化转换器尺寸与成本,并确保在所需的导通模式下工作。本文讲述的是在一定范围的输入电压下,计算电感值以维持所需纹波电流和所选导通模式的方法,并介绍了一种用于计算输入电压上限和下限模式边界的数学方法,还探讨了如何使用安森美半导体的WebDesigner™在线设计工具来加速这些设计步骤。  Conduction Mode导通模式 升压转换器的导通模式由相对于直流输入电流(IIN)的电感纹波电流峰峰值(ΔIL)的大小决定
发表于 2018-07-16
如何在dc - dc升压转换器中选择正确的电感值

具有 2A、100V 电源开关和 9µA IQ 的2MHz 升压 / SEPIC / 反相转换器

中国北京– 2018 年 5 月 21 日 –Analog Devices 宣布推出 Power by Linear™ LT8361,该器件是一款具有一个内部 2A、100V 开关的电流模式2MHz 多拓扑 DC/DC 转换器。LT8361 在 2.8V 至 60V 的输入电压范围内工作,适合从单节锂离子电池到多节电池的电池组、汽车输入、电信电源和工业电源轨的多种输入电源应用。LT8361 可配置为升压、SEPIC 或反相转换器。其开关频率可在 300kHz 至 2MHz 范围内设定,因而使得设计师能够最大限度缩减外部组件尺寸,并避开关键的频段 (比如 AM 无线电频段)。此外,该器件以 2MHz 频率切换时效率超过 90
发表于 2018-05-22
具有 2A、100V 电源开关和 9µA IQ 的2MHz 升压 / SEPIC / 反相转换器

USB供电设计采用4开关降压-升压转换器

USB已从供电有限的数据接口,发展为带有一个数据接口功能的重要供电部件。最新的USB 3.x协议支持更高水平的功率通量。默认电压为5V,USB-C端口能与插入的设备“协商”,将端口电压提高至20V。新供电要求中的一项独特挑战是如何使用一个4.5V-32V输入电压来提供一个5V-20V直流总线。一个4开关降压-升压转换器是合适的拓扑结构,提供降压或升压电源转换,因其可提供设计人员和客户所需的宽电压转换范围、正极性、高能效和小尺寸方案。安森美半导体用于USB供电和USB-C应用的NCP81239 4开关降压-升压控制器可以驱动4个开关,使转换器能够降压或升压,并支持用户满足USB供电(PD)规格,该规格适用于所有USB PD应用
发表于 2018-05-17
USB供电设计采用4开关降压-升压转换器

HT7178带输出关断的20V、12A全集成同步升压转换器

一.  无需外置 MOSFET,无需外置二极管,电源设计更省事!HT7178是一款非常优秀的 DC-DC 同步升压转换器。无需外置 MOSFET,无需外置二极管。相较市面上的同步升压芯片,他内置了栅极驱动器(以实现负载断开功能)的 20V 同步升压转换器,峰值电流可达 12A , 效率最高可达96%,所以HT7178 非常适合应用在蓝牙音箱,电池检测,电子烟,高亮手电筒,USB Type-C PD, 大尺寸面板门级驱动等场合。深圳市永阜康科技有限公司结合客户实际方案,成功应用到3.7V升压到9V(8W×2输出), 3.7V升压到12V(20W输出)高端蓝牙音响;7.4V升压到15V(40W输出), 12V升压到20V
发表于 2018-05-10
HT7178带输出关断的20V、12A全集成同步升压转换器

42V、四输出、三通道单片式同步 降压型转换器和升压型控制

中国,北京 – 2018 年 3 月 1 日 - Analog Devices, Inc. (ADI) 宣布推出 Power by Linear™ 的 LT8603,该器件是一款能接受 42V 输入电压的高效率四输出单片式开关稳压器。其灵活的设计把一个升压型控制器与两个高电压 2.5A 和 1.5A 同步降压通道以及一个较低电压 1.8A 同步降压通道组合起来,以提供 4 个独立的输出。LT8603 可配置为由升压型控制器向降压型转换器的输入供电,从而使之能产生 3 个精确调节的输出。即使当输入降至明显低于稳定输出电压时 (例如:在电池电压有可能降到低至 3V 的汽车冷车发动或启-停状况下) 也是如此。或者,升压型控制器也可由
发表于 2018-03-02
42V、四输出、三通道单片式同步 降压型转换器和升压型控制

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved