如何設(shè)計超低壓差的BOOST變換器

1、 如何設(shè)計超低壓差的boost變換器 導(dǎo)讀在實際的應(yīng)用中，電子系統(tǒng)會遇到一些超低壓差的boost變換器，如基于usb供電的系統(tǒng)，由于考慮到usb線上的壓降，會采用一個升壓的boost變換器，將電壓升到5v以上，如5.15v，5.2v或5.25v。通常usb口由于輸出負(fù)載的影響以及主機(jī)usb電源管理功能的差異，其電壓會在4.75v到5.1v之間波動，對于從4.5-5.1v的輸入升到輸出為5.15v的boost變換器，當(dāng)輸入為最高的5.1v而輸出5.15v時，設(shè)計就會有遇到一些問題。在本文中將討論這種變換器設(shè)計的問題，并給出相應(yīng)的方案。在實際的應(yīng)用中，電子系統(tǒng)會遇到一些超低壓差的boost變換器，

2、如基于usb供電的系統(tǒng)，由于考慮到usb線上的壓降，會采用一個升壓的boost變換器，將電壓升到5v以上，如5.15v，5.2v或5.25v。通常usb口由于輸出負(fù)載的影響以及主機(jī)usb電源管理功能的差異，其電壓會在4.75v到5.1v之間波動，對于從4.5-5.1v的輸入升到輸出為5.15v的boost變換器，當(dāng)輸入為最高的5.1v而輸出5.15v時，設(shè)計就會有遇到一些問題。在本文中將討論這種變換器設(shè)計的問題，并給出相應(yīng)的方案，從而為電子工程師提供一些設(shè)計的指導(dǎo)。1 超低壓差boost變換器的設(shè)計問題基本常規(guī)的boost變換器的結(jié)構(gòu)見圖1所示,功率mosfet為主開關(guān)管，d為輸出升壓二極管，

3、如果把二級管換為功率mosfet，則為同步boost變換器。圖1：boost變換器在開關(guān)管導(dǎo)通時，電感激磁，電感電流線性增加存儲能量，輸出電容提供全部的輸出負(fù)載電流。（1）開關(guān)管關(guān)斷時，電感去磁，電感電流線性降低加，輸入電源和電感向輸出負(fù)載提供能量。(2)由(1)、(2)上兩式可以得到：(3)若vin=5.1v，vo=5.15v，vf=0.4v，可以得到：d=8.1%。電流模式的boost變換器，電流檢測信號有一定的延時，同時為了消除開通前沿的電流尖峰導(dǎo)致內(nèi)部信號誤動作，電流檢測信號通常都設(shè)有前沿消隱時間leb，這也是pwm控制器固定的最小導(dǎo)通時間1 ，一般在50-250ns的范圍。若boos

4、t變換器的開關(guān)頻率為1mhz，leb=100ns，從5.1v升到5.15v的導(dǎo)通時間為=81ns，小于系統(tǒng)的100ns值，這時候，在每個導(dǎo)通的周期，輸出電壓會沖到很大的值，pwm控制區(qū)器將進(jìn)入跳脈沖的工作狀態(tài)2 ，輸出電壓紋波很大，如果boost變換器沒有輸出過壓保護(hù)功能或這個功能保護(hù)時間慢，輸出電壓的過沖有可能會損壞后面的芯片。2 解決方案由于pwm的最小導(dǎo)通時間是系統(tǒng)固有的值，不可以改變，從公式(3)可以得出：增大占空比或減小開關(guān)頻率，可以提高在最高輸入電壓時導(dǎo)通時間ton，從而使實際的最小ton的大于系統(tǒng)固有的最小導(dǎo)通時間ton(min)，這樣輸出電壓就一直處于調(diào)節(jié)的范圍，系統(tǒng)不會進(jìn)入跳

5、脈沖模式。如果boost變換器的開關(guān)頻率可以從外面來設(shè)定，那么就可以調(diào)整開關(guān)頻率。在一些手持式系統(tǒng)中，一般會采用盡可能高的開關(guān)頻率，以減小相應(yīng)的電感和輸出電容的體積，從而降低系統(tǒng)的體積并降低系統(tǒng)的成本。因此工程師一般不會采用低的開關(guān)頻率。同時，目前許多單芯片集成mosfet 的boost變換器的開關(guān)頻率是固定的，以去掉外置的電容和ic的一個管腳。這樣一來，開關(guān)頻率無法從外面進(jìn)行調(diào)整，只有想方法增大占空比。從公式(3)可以看出，提高vf的值可以增大占空比，那么就可以采用圖2的方法，輸出串聯(lián)一個二極管，從而提高最小的占空比值。圖2：增大boost變換器最小占空比此時，占空比為：。同樣，若vin=5.1v，vo=5.15v，vf=0.4v，可以得到：d=14.3%。串聯(lián)一個二極管后，占空比從8.1提高到14.3，導(dǎo)通時間為143ns，大于系統(tǒng)的100ns值。這種方法的缺點是額外的增加一個元件，同時系統(tǒng)效率降低。3 結(jié)論通過在輸出額外的串聯(lián)一個二極管可以提高系統(tǒng)的最小占空比，避免系統(tǒng)進(jìn)入跳脈沖的工作狀態(tài)，產(chǎn)生大的紋波，適合于開關(guān)頻率固定，超低壓差的boost變換器。額外串聯(lián)的二極管降低系