增壓調節器功能
升壓DC-DC穩壓器將低輸入電壓轉換為高輸出電壓，以滿(mǎn)足低壓應用中的一些特定的更高電壓要求。電感器、功率MOSFET、整流二極管、控制IC以及輸入和輸出電容器都是常見(jiàn)的電路組件。

圖1基本升壓調節器配置
典型的改造設置包括兩個(gè)MOSFET。其中一個(gè)取代了整流二極管，并在電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)接通。MOSFET具有降低的電壓降，這在提高調節器效率的同時(shí)最大限度地減少了功耗。
過(guò)熱、輸出短路、開(kāi)路負載情況和輸入過(guò)電流情況都受到各種調節器的保護。


外圍組件選擇

電感器的寄生串聯(lián)電阻（ESR）、肖特基二極管的正向壓降、功率管的導通電阻和開(kāi)關(guān)是DC-DC升壓電路中功率損耗的主要來(lái)源。當然，在低負載情況下，芯片的靜態(tài)功耗會(huì )影響轉換效率，因此功率管的導通電阻也必須非常低。同時(shí)，應該在芯片內部構造適當的驅動(dòng)電路，以確保功率管的開(kāi)關(guān)邊緣非常陡峭，從而降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的功耗。

電感器和肖特基二極管的選擇會(huì )影響轉換效率，電容器和電感的選擇會(huì )對輸出紋波產(chǎn)生影響。通過(guò)使用合適的電感器、電容器和肖特基二極管，可以實(shí)現高轉換效率、低紋波和低噪聲。


1.電感器選擇
電感器是升壓轉換器的重要部件，因為它在電源開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間期間存儲能量，并在電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)間期間通過(guò)輸出整流二極管將能量傳輸到輸出。
設計者必須在電感器電流紋波和效率之間達成妥協(xié)。對于給定的物理尺寸，較低電感電感器具有較高的飽和電流和較低的串聯(lián)電阻，但較低電感的電感器有較高的峰值電流，這導致較低的能量效率、較高的紋波和較高的噪聲。
最小電感值Lmin、電流紋波和其他因素會(huì )影響電感器的電感值。計算比電感值時(shí)要注意占空比（D）參數；具體大小為D＝（Vout-Vin）/Vout。
首先，確保滿(mǎn)足最小電感值Lmin，以便DC-DC升壓在連續電流模式下正常工作。

圖2:
實(shí)際值更大，因為該公式是在連續電流模式下計算的，忽略了寄生電阻和二極管導通電壓降等附加條件。如果電感值小于Lmin，電感可能會(huì )出現磁飽和，導致DC-DC電路的效率顯著(zhù)降低，甚至無(wú)法正確產(chǎn)生穩定的電壓
其次，在連續電流模式下，忽略寄生參數，研究電感器兩端的電流紋波問(wèn)題。



圖3
當L太小時(shí)，電感器的電流紋波太大，導致芯片通過(guò)電感器、肖特基二極管和功率管的最大電流過(guò)高。由于功率管并不完美，當電流異常高時(shí)，功率管上的功率損耗會(huì )增加，從而降低整個(gè)DC-DC電路的轉換效率。
第三，當不考慮效率時(shí)，小型電感器的負載容量大于大型電感器。在相同的負載情況下，大電感的電流紋波和最大電流值很小，因此高電感可以使電路在較低的輸入電壓下啟動(dòng)（上述發(fā)現是在相同的寄生電阻條件下確定的）。
可以增加操作頻率以降低外部電感器的尺寸。例如，在350KHz的工作頻率下，大于3.3uH的電感足以確保正常性能。然而，如果輸出端需要輸出大電流（例如，大于50mA），建議使用更大的電感來(lái)提高工作效率。
在重負載的情況下，電感器的串聯(lián)電阻對轉換效率有顯著(zhù)影響。電感器中的功率損耗粗略計算如下：假設電感器電阻為rL，負載電阻為Rload，電感器的功率損耗大致計算如下：



圖4
經(jīng)過(guò)仔細研究，建議使用0.5的27uH電感。如果你想提高大負載的效率，你應該使用電感更高、寄生電阻更低的電感器。

2.輸出電容器選擇
輸出電容器通過(guò)減少負載紋波，有助于在負載瞬態(tài)期間提供穩定的輸出電壓。當考慮電容器的ESR時(shí)，輸出電壓的紋波為：

圖5
為了減少輸出紋波，需要一個(gè)稍大的輸出電容器值。然而，如果輸出電容器太大，系統的響應時(shí)間將太慢，因此建議使用100uF電容器。如果需要較少的紋波，則需要較大的電容器。、當輸出連接到大負載時(shí)，ESR引起的紋波成為最關(guān)鍵的因素。同時(shí)，ESR將增加效率損失，同時(shí)降低轉換效率。因此，優(yōu)選低ESR鉭電容器或并聯(lián)的多個(gè)或X7R陶瓷電容器。其他類(lèi)型的電容器可能具有更大的ESR，這降低了轉換器效率。

3..二極管
整流二極管對DC-DC效率的影響很大。盡管常規二極管可以使DC-DC電路正常工作，但效率會(huì )降低5-10%。因此，優(yōu)選具有低正向電壓和快速響應時(shí)間的二極管。1N5817、1N5819、1N5821、1N5822和其他火雞二極管
具體參數包括二極管的平均正向額定電流等于或大于最大輸出電流，重復峰值正向額定電流大于或等于電感峰值電流，反向擊穿電壓大于內部電源開(kāi)關(guān)的額定電壓。
例如，MCP1665有一個(gè)36V的內部開(kāi)關(guān)，可以提供高達1A的電流。因此，Microchip建議使用STMicroelectronics STPS2L40VU肖特基二極管，該二極管的反向擊穿電壓為40V，正向電流為2A。

4.輸入電容
即使沒(méi)有輸入濾波電容器，如果輸入電源穩定，DC-DC電路也可以輸出具有低紋波和低噪聲的電流和電壓。然而，當電源遠離DC-DC電路時(shí)，建議在DC-DC電路的輸入端添加一個(gè)大于10uF的濾波電容器，以降低輸出噪聲。

DC-DC升壓調節器具有高速開(kāi)關(guān)特性，對PCB布局極為敏感：寄生電感和電容會(huì )導致高輸出紋波、不良輸出調節、過(guò)度電磁干擾（EMI），甚至高電壓尖峰，所有這些都可能導致故障。為了減少環(huán)路面積，外圍組件應靠近IC管芯，接地節點(diǎn)應靠近IC電源接地引腳，電源、信號和熱焊盤(pán)應全部連接在單個(gè)低阻抗接地點(diǎn)。