升压拓扑结构在功率电子范畴非常重要,可是电感值的挑选并不总是像一般假定的那样简略。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%&&&&&%巨细和瞬态呼应。挑选正确的电感值有助于优化转换器尺度与本钱,并保证在所需的导通形式下作业。本文叙述的是在必定规模的输入电压下,核算电感值以坚持所需纹波电流和所选导通形式的办法,并介绍了一种用于核算输入电压上限和下限形式鸿沟的数学办法,还讨论了怎么运用安森美半导体的WebDesigner™在线规划东西来加快这些规划过程。
Conduction Mode
导通形式
升压转换器的导通形式由相关于直流输入电流(IIN)的电感纹波电流峰峰值(ΔIL)的巨细决议。这个比率可定义为电感纹波系数(KRF)。电感越高,纹波电流和KRF就越低。
在接连导通形式(CCM)中,正常开关周期内,瞬时电感电流不会到达零(图1)。因而,当ΔIL小于IIN的2倍或KRF <2时,CCM坚持不变。MOSFET或二极管有必要以CCM导通。这种形式一般适用于中等功率和高功率转换器,以最大极限地下降元件中电流的峰值和均方根值。当KRF > 2且每个开关周期内都答应电感电流衰减到零时,会呈现非接连导通形式(DCM)(图2)。直到下一个开关周期开端前,电感电流坚持为零,二极管和MOSFET都不导通。这一非导通时刻即称为tidle。DCM可提供更低的电感值,并防止输出二极管反向恢复损耗。
图1 – CCM 运转
图2 – DCM 运转
当KRF = 2时,转换器被以为处于临界导通形式(CrCM)或鸿沟导通形式(BCM)。在这种形式下,电感电流在周期结束时到达零,正如MOSFET会在下一周期开端时导通。关于需求必定规模输入电压(VIN)的使用,固定频率转换器一般在规划上能够在最大负载的状况下在指定VIN规模内,以所需求的单一导通形式(CCM或DCM)作业。跟着负载削减,CCM转换器最终将进入DCM作业。在给定VIN下,使导通形式发生变化的负载便是临界负载(%&&&&&%RIT)。在给定VIN下,引发CrCM / BCM的电感值被称为临界电感(LCRIT),一般发生于最大负载的状况下。
纹波电流与VIN
众所周知,当输入电压为输出电压(VOUT)的一半时,即占空比(D)为50%时(图3),在接连导通形式下以固定输出电压作业的DC-DC升压转换器的电感纹波电流最大值就会呈现。这能够经过数学方法来表明,即设置纹波电流相关于D的导数(切线的斜率)等于零,并对D求解。简略起见,假定转换器能效为100%。
依据
并经过CCM或CrCM的电感伏秒平衡
则
将导数设置为零,
咱们就能得出
图3 – CCM中的电感纹波电流