什么是升壓IC？如何實現升壓和降壓

眾所周知，升壓芯片用于許多電子電路中。在現代生活中，升壓芯片是不可或缺的器件之一。每個人都必須對升壓芯片有一定的了解。在本文中，我們將主要解釋升壓芯片的原理以及一些常見的升壓和降壓電路分析。我想知道你是否熟悉這個升壓芯片及其應用。讓我們一起學習吧！

電壓調節電路圖

升壓和降壓一般是指電源電路的工作模式。一些電源IC可以同時支持升壓和降壓模式。

降壓模式 – 升壓模式，我們熟悉并使用更多，例如5V– “3.3V穩壓。有許多相應的芯片。您可以搜索互聯網，包括LDO模式和DC-DC模式。LDO模式芯片的外圍電路相對簡單，只需要在輸入輸出端添加濾波電容即可。DC-DC模式的芯片電路比較復雜，但效率高。通常需要外部電容器和電感器。電感通過合上開關進行充電。斷開開關后，電感器作為電源放電。輸出電壓值可以通過PWM的占空比進行調整，最大電壓值不會超過電源電壓。

升壓模式 - 升壓模式，也很常見，也是一種DC-DC。當整個電路僅使用單個電源（如3.7V鋰電池）時，它可以輸出較低的電壓，如3.3V和1.6V，通過降壓為IC供電。有時電路需要更高的電壓。例如，一些移動設備的屏幕需要由更高的電壓驅動，例如12V。在移動設備上再加12個獨立電源是不現實的，而且，鋰電池一般為3.7V（充滿電時為4.2V）。此時，需要使用升壓電路。這也有一個相應的IC。通常，它需要與電感和電容配合才能實現升壓和降壓。DC-DC的連接方式在升壓和降壓模式下是不同的。電感通過關閉開關進行充電，當開關打開時，電感的電動勢與電源串聯，以提高電壓。輸出電壓可通過PWM的占空比進行調整。當占空比為50%時，輸出電壓是輸入電壓的兩倍。

升壓和降壓芯片電路

在做實驗項目時，我們經常會遇到只有一個電壓的電源需要另一個電壓的電源的情況，因此存在電壓轉換的需求。除了降壓升壓電路外，還有許多常用的芯片供您轉換電壓。

在便攜式和可穿戴應用的推動下，許多設計的趨勢正朝著3.6伏或更低的電源電壓方向穩步發展。然而，許多便攜式設備具有需要更高電壓的特定功能，要求設計人員通過DC-DC升壓轉換器的優化實現，盡可能高效地上變頻到所需電平。

本文將回顧升壓DC-DC穩壓器的目的，并描述其拓撲結構。然后，它將介紹示例設備，并討論為便攜式或可穿戴應用開發最佳設計所需的設計技術和權衡。

DC-DC升壓轉換器的作用

典型的可穿戴或其他便攜式設備使用標稱輸出為3.6伏直流的鋰離子電池。大多數電池供電型應用依賴于一個或多個串聯連接的鋰離子電池作為其主電源電壓。雖然這足以滿足許多應用的需求，但筆記本電腦、平板電腦和其他移動設備具有需要更高電壓的特定功能。

示例包括用于白光發射二極管（LED）背光的驅動器、RF收發器、精密模擬電路以及用于光接收器中雪崩光電二極管（APD）的偏置電路。升壓或升壓DC-DC穩壓器通過將低輸入電壓轉換為較高輸出電壓來滿足這些應用需求。

典型的升壓轉換器拓撲

升壓調節器的關鍵元件是電感器;半導體開關，最常見的是功率MOSFET;整流二極管;集成電路（IC）控制塊;以及輸入和輸出電容器（圖 1）。

圖1：基本升壓穩壓器配置，顯示開關打開和關閉時電流流動的方向

與 Vin施加功率開關并關閉，電流沿著藍色路徑流過電感器接地。電感器在其磁場中存儲能量。二極管反向偏置，輸出電容兩端的電壓隨著其存儲的能量為負載供電而下降。

相反，當電源開關開路時，電流沿著紅色路徑流動，因為坍縮的磁場產生正電壓，并通過正向偏置二極管傳輸電感能量，為輸出電容充電并為負載供電。

通過改變電源開關的占空比，控制模塊可保持恒定的輸出電壓，以響應輸入電壓變化和負載變化。輸出端的電阻分壓器可為控制模塊提供電壓反饋，以調節占空比并保持所需的輸出電壓值。

除了這些基本功能外，集成設計還包括一系列保護功能，以防止過溫、輸出短路、負載開路、輸入過流等。

對基本電路的常見改進用第二個MOSFET代替二極管。第二個MOSFET用作同步整流器，在電源開關關閉時接通。其較低的壓降降低了功耗，提高了穩壓器的效率。

同步設計是電池供電器件的一個優勢，其中更高的效率等同于更長的電池壽命。此外，便攜式和可穿戴設備通?？臻g受限，因此用于這些應用的升壓轉換器通常具有高集成度。在封裝中包括電源元件會限制可輸送的電流，但這在電池供電設計中是可以接受的。許多此類應用在關斷模式下花費較長時間，使得超低靜態電流消耗變得至關重要。

遵循這些設計技巧來優化效率

在已經討論過的一些器件中，制造商已經在內部修復了一些參數，但設計人員通常需要幾個可用的權衡來優化轉換效率。此外，必須注意根據以下準則選擇正確的外部元件。

開關頻率：雖然開關頻率不會直接影響輸出電壓，但對電源設計有顯著影響。通常，較高的開關頻率允許設計人員在給定應用中使用更小的電感器和更小的電容器。電感尺寸主要由允許的紋波電流量決定。對于給定的電感，紋波電流隨著開關頻率的增加而減?。喝绻x擇多個器件，設計人員可以在保持相同紋波電流的同時，用增加的開關頻率換取更小的電感器。

更高的頻率操作為開關穩壓器提供了更大的帶寬，從而縮短了瞬態響應時間。較小的電感器還減小了電源的尺寸和成本。

電感器選擇：電感器是升壓穩壓器的關鍵元件：它在電源開關的導通時間內存儲能量，并在關斷時間內通過輸出整流二極管將能量傳遞到輸出。

設計人員必須在低電感電流紋波和高效率之間進行權衡。對于給定的物理尺寸，較低值的電感具有較高的飽和電流和較低的串聯電阻，但較低的電感會導致較高的峰值電流，從而導致效率降低、紋波增加和噪聲增加。

在選擇合適的電感時，電感的額定飽和電流必須大于峰值電感電流，電感的RMS額定電流必須大于調節器的最大直流輸入電流。

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