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升压型DC-DC的工作路径和工作原理

2023-06-07 00:11:45 来源：硬件系统架构师

DC-DC------升压型的工作原理

1.升压型DC-DC的工作路径

图3-1红色箭头表示开关元件打开时的电流流向：正极--->电感(此时对电感进行充能)--->开关元件--->GND。

(相关资料图)

图3-1：开关元件打开时电流流向

图3-2绿色箭头表示开关元件关闭时的电流流向：电感(此时电感进行放能)--->--->续流元件--->Cout--->负载--->GND。

图3-2：开关元件关闭时电流流向

输出电压与基准电压进行比较，检查输出电压是否为设定电压，低于设定电压时，开关变为OFF，电感叠加VIN输出供电，此时，电感会反向释放电动势能量。如果输出电压高于设定电压，则开关ON，电感不再叠加释放，VIN给电感充能。当电感在蓄积磁能，输出电压开始下降时，开关再度变为OFF。如图3-3是连续过程中的电流波形：

图3-3：关键波形

2.升压型DC-DC的工作原理

工作流程

图3-4：升压型工作流程

S1打开，S2关闭时，电感红色电流路径消失，电感产生反向电动势，叠加在此前的VIN上，形成比VIN更高的电压，此时可以理解为两个电池串联我们前面讲过，电感L 是一个储能元件，当开关管导通的时候，输入的电压对电感充电，形成的回路是：输入VIN→电感L→开关管Q;当开关管关断时，输入的能量和电感能量一起向输出提供能量，形成的回路是：输入VIN→电感L→二极管D(续流元件)→电容C→负载RL，因此这时候输出的电压肯定就比输入的电压高，从而实现升压。

3. 关键工作波形

图3-5：PWM产生

图3-5所示升压转换器的控制回路是通过分压电阻的采样，然后经过误差比较器和基准源比较，最后输出PWM。需要注意的是这种电路在芯片不工作的时候，它的输入到输出就已自然经形成了回路，从输入→电感→二极管→电容→负载，所以如果不是在同步的升压拓扑结构里面，在输入电路部分应该增加一个切换电路，否则在电池供电的时候，电池的电量就白白用完了。1：放大FB信号，使ADJ电压和基准电压相同，2：比较FB电压和三角波，决定应该ON的时间。

图3-6：关键器件波形

4.占空比和升压的关系

升压型的电压、电流范围有上限，根据负载电流，一般约3-5倍左右为上限。FET的ON时间越长，电感蓄积的磁能越多，产生的反向电动势越高，越能升到更高电压。图3-7和图3-8演示了占空比Duty的变化带来的升压量的变化，注意一个细节，升压越高，Vout的波形更加陡峭，也就是毛刺更多更高，EMI也更多，需要额外注意。

图3-7：20%占空比，SW关闭时间占20%

图3-8：80%占空比，SW关闭时间占80%

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