【導讀】在便攜和可穿戴設備等電池供電的低電壓應用中

，常有一些功能需要較高的電壓才能工作，例如射頻收發器、精密模擬電路、白光LED背光驅動、雪崩光電二極管(APD)的偏置電路等。這就需要采用DC-DC升壓轉換器來向上轉換到所需的電壓

，讓設備既節能又高效的工作。

升壓穩壓器特點

為滿足低壓應用中的某些特定的較高電壓需求
，升壓DC-DC穩壓器將低輸入電壓轉換為高輸出電壓，典型電路組成包括：電感器
、功率MOSFET
、整流二極管、控製IC、輸入和輸出電容器。

圖 1：基本升壓穩壓器配置

常見的改進型配置一般使用兩個MOSFET
，第二個MOSFET替換整流二極管，在電源開關關閉時打開。MOSFET具有較低的電壓降，這大幅減少了功耗
，同時提高了穩壓器的效率。

此外，有些穩壓器還帶有保護功能
，針對超溫、輸出短路
、開路負載條件和輸入過流等情況提供保護。

外圍元器件選擇

轉換效率是衡量DC-DC升壓電路的重要指標，而造成功耗損失的主要是電感的寄生串聯電阻（ESR）、肖特基二極管的正向導通壓降、gonglvguandedaotongdianzuyijikaiguansunhaozhesigefangmian。dangran，xinpianbenshenyeyoujingtaigonghao
，zhezaidifuzaiqingkuangxiahuiyingxiangzhuanhuanxiaolv，yinciyaoqiuxinpianneibudegonglvguandaotongdianzuyexufeichangxiao。tongshi
，xinpianneibuyaoshejiheshidequdongdianlu，baozhenggonglvguankaiguanyanhendou，yijianxiaokaiguanshidegonghao。

電感和肖特基二極管選擇的不同會影響轉換效率
，電容和電感選擇的不同會影響輸出的紋波。選擇合適的電感、電容、肖特基二極管
，可以獲得高轉換效率、低紋波
、低噪聲。

1、電感選擇

電感器是升壓轉換器的一個關鍵元件：能在電源開關接通期間存儲能量，並在關斷期間將存儲的能量通過輸出整流二極管傳輸至輸出。

設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)在(zai)低(di)電(dian)感(gan)器(qi)電(dian)流(liu)紋(wen)波(bo)與(yu)高(gao)效(xiao)率(lv)之(zhi)間(jian)達(da)到(dao)平(ping)衡(heng)。對(dui)於(yu)給(gei)定(ding)的(de)物(wu)理(li)尺(chi)寸(cun)
，電(dian)感(gan)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)會(hui)擁(yong)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)和(he)較(jiao)低(di)的(de)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)，但(dan)較(jiao)低(di)電(dian)感(gan)會(hui)導(dao)致(zhi)更(geng)高(gao)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)，進(jin)而(er)使(shi)能(neng)效(xiao)降(jiang)低(di)，紋(wen)波(bo)增(zeng)大(da)和(he)噪(zao)聲(sheng)提(ti)高(gao)。

電感器的電感值與最小電感值Lmin
、電流紋波等有關。計算具體電感值時，須留意占空比（D）參數，具體大小為：D = (Vout-Vin)/Vout。

第一，要保證使DC-DC升壓能夠在連續電流模式下正常工作所需要的最小電感值Lmin。

該公式是在連續電流模式下，忽略其他諸如寄生電阻、二極管的導通壓降的情況下導出的，實際的值還要大一些。如果電感取值小於Lmin，電感可能會發生磁性飽和，造成DC-DC電路的效率大大下降，甚至不能正常輸出穩定電壓。

第二，考慮到通過電感的電流紋波問題，同樣在連續電流模式下忽略寄生參數，

當L過小時
，會造成電感上的電流紋波過大，造成通過電感、肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)和(he)芯(xin)片(pian)中(zhong)的(de)功(gong)率(lv)管(guan)的(de)最(zui)大(da)電(dian)流(liu)過(guo)大(da)。由(you)於(yu)功(gong)率(lv)管(guan)並(bing)不(bu)是(shi)理(li)想(xiang)的(de)，所(suo)以(yi)在(zai)特(te)別(bie)大(da)的(de)電(dian)流(liu)時(shi)功(gong)率(lv)管(guan)上(shang)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)會(hui)加(jia)大(da)
，導(dao)致(zhi)整(zheng)個(ge)DC-DC電路的轉換效率降低。

disan
，yibanlaishuo
，bukaolvxiaolvwentishi
，xiaodiangankeyidaidongdefuzainengliqiangyudadiangan。danshiyouyuzaixiangtongfuzaitiaojianxia，dadiangandedianliuwenbohezuidadianliuzhixiao，suoyidadiangankeyishidedianluzaigengdideshurudianyaxiaqidong（以上均是在相同的寄生電阻條件下推導出的結論）。

為了減小外接電感尺寸，可提高工作頻率。例如350KHz工作頻率，隻需要3.3uH以上的電感就可以保證正常工作，但是如果輸出端需要輸出大電流（例如：輸出電流大於50mA），為了提高工作效率，建議使用較大電感。

在大負載情況下，電感的串聯電阻會極大地影響轉換效率

，假設電感的電阻為rL
，負載電阻為Rload
，那麼在電感的功率損耗大致如下式計算：

綜合考慮，建議使用27uH

、<0.5Ω的電感。如果需要提高大負載效率

，需要使用更大電感值
、更小寄生電阻值的電感。

2、輸出電容選擇

輸出電容器可減少負載紋波，幫助在負載瞬態期間提供穩定的輸出電壓。當考慮電容的ESR時，輸出電壓的紋波為：

為了減小輸出的紋波

，需要比較大的輸出電容值。但是輸出電容過大，就會使得係統的反應時間過慢，所以建議使用100uF電容。如果需要更小的紋波
，則需要更大的電容。

當輸出連接大負載的時候
，ESR造成的紋波將成為最主要的因素，同時ESR又會增加效率損耗
，降低轉換效率。所以建議使用ESR低的鉭電容
，或者多個或X7R陶瓷電容器並聯使用。其他類型的電容器可能具有較高的ESR，會降低轉換器效率。

3、二極管

用於整流二極管對DC-DC效率影響很大，雖然普通的二極管也能夠使得DC-DC電路工作正常，但是會降低5~10%的效率，所以建議使用正向導通電壓低

、反應時間短的肖特基二極管，例如1N5817
、1N5819、1N5821
、1N5822等。

具ju體ti參can數shu上shang，二er極ji管guan的de平ping均jun正zheng向xiang額e定ding電dian流liu必bi須xu等deng於yu或huo高gao於yu最zui大da輸shu出chu電dian流liu
，重zhong複fu峰feng值zhi正zheng向xiang額e定ding電dian流liu必bi須xu等deng於yu或huo高gao於yu電dian感gan器qi峰feng值zhi電dian流liu，反fan向xiang擊ji穿chuan電dian壓ya必bi須xu高gao於yu內nei部bu電dian源yuan開kai關guan額e定ding電dian壓ya。

例如，MCP1665帶有36V的內部開關，能夠提供高達1A的電流。因此
，Microchip建議使用STMicroelectronics供應的STPS2L40VU肖特基二極管，該器件的反向擊穿電壓為40V
，正向電流為2A。

4、輸入電容

如果輸入電源穩定，即使沒有輸入濾波電容，DC-DC電路也可以輸出低紋波、低噪聲的電流電壓。但是當電源離DC-DC電路較遠，建議在DC-DC的輸入端加上10uF以上的濾波電容，用於減小輸出的噪聲。

DC-DC升壓穩壓器具有高速開關特征，對PCB布局非常敏感：寄生電感和電容可能導致高輸出紋波、輸出穩壓效果不佳、電磁幹擾 (EMI) 過大，甚至因高電壓尖峰而導致故障。因此，外圍元件應靠近IC芯片
，接地節點應靠近IC電源接地引腳
，以最大程度減小回路麵積
，電源接地
、信號接地和導熱墊也應該在單個低阻抗接地點連接在一起。

來源：Allchips

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