广告

从升压转换器获得更大升压

2020-01-21 11:50:31 John Betten 阅读:
许多控制器的最大占空比在80%至90%的范围内,如果它们以非常低的开关频率工作,则可以增加几个百分点。低开关频率需要更大的元器件和更大的电路板面积。但是,即使工作在低开关频率下,仍然可能无法获得足够的升压。那么该怎么办呢?

升压转换器用于将较低的输入电压转换成较高的输出电压。要获得最大的“升压”,需要尽可能提高工作占空比。jnIednc

升压控制器在最大连续占空比上有所限制,后者通常在较低的开关频率下达到最高。如果超过此最大占空比,则会发生脉冲跳跃,这种情况通常不希望遇到,应当避免。许多控制器的最大占空比在80%至90%的范围内,如果它们以非常低的开关频率工作,则可以增加几个百分点。低开关频率需要更大的元器件和更大的电路板面积。但是,即使工作在低开关频率下,仍然可能无法获得足够的升压。那么我们怎么办呢?jnIednc

图1给出了传统升压转换器功率级的简化示意图。它的主要优点是元器件数量少,采用标准电感器,以及能够实现简单的低边升压控制器。但是,这个基本升压有个关键限制是,假设最大占空比为90%,它只能提供10:1的最大升压比。如果需要更大的升压,可以尝试使用带电荷泵倍增器的升压转换器或反激式转换器。将电荷泵添加到升压转换器,对于小输出电流很有用,但需要额外的元器件来实现。反激转换器也是种合理的解决方案。但是,还有一种更简单的解决方案,具有更少的变压器引脚、更低的匝数比和更低的漏感。jnIednc

图1:传统的单电感升压转换器功率级。jnIednc

图2给出了自耦变压器升压转换器。它在同一磁芯上使用了两个串联绕组,作用是充当变压器但没有隔离。与反激转换器相比,将原边与副边串联可降低所需的匝数比,所需的引脚数也更少。jnIednc

图2:自耦变压器升压转换器可以比传统的升压转换器提供更高的输出电压。jnIednc

公式1表达了对于给定的Vin、Vout和n2/n1匝数比(忽略FET和电流检测电阻电压降),在连续导通模式(CCM)下工作的占空比:jnIednc

可以看到,对于较大的n2/n1匝数比,占空比会降低。这对于提供更高的输出电压来说很有利。对该表达式求解Vout,得到公式2jnIednc

可以看到,如果n2/n1 = 0,则该表达式与传统的升压转换器相同。而对于n2/n1匝数比不为零的情况来说,Vout会增加一个附加值,它等于(n2/n1)*Vin*d/(1-d),因此可以产生更高的输出电压。jnIednc

图3绘出了几种n2/n1匝数比的升压比、Vout/Vin与占空比的关系图,其中包含了零值,即传统的升压比,用于比较。在90%的占空比下,传统的升压比为10,而对于n2/n1 = 1的情况来说,升压比为19,因此可以将输出电压提高到接近两倍。可以使用标准的耦合电感器轻松实现1:1的n2/n1比,这种电感器大都很容易买到。较大的匝数比可以提供更高的输出电压。jnIednc

图3:抽头电感器可降低占空比并实现更高的输出电压。jnIednc

通常,根据设计规格书可以知道升压比。最大的实际占空比是由所选控制器和所需开关频率所确定。图4显示了如何轻松确定所需匝数比。例如,假设需要从10V输入获得250V输出,希望将最大占空比限制在80%,那么就可以选择250V/10V = 25的升压比,然后遵循蓝色曲线(d = 0.8),就可以得到所需的n2/n1为5。jnIednc

公式3给出了FET关断时的电压应力,而公式4给出了整流器的反向电压应力:jnIednc

对于上面的设计示例,FET和整流器的电压应力分别为50V和300V。FET的电压应力远低于传统的升压转换器,后者FET的电压应力约为250V!由于存在漏感,因此可能需要使用电阻电容缓冲器来减少振铃。jnIednc

图4:通过选择升压比和最大占空比来确定所需的匝数比。jnIednc

将自耦变压器设计到CCM升压转换器中具有多个优点。只需增加一个绕组,就可以增加输出电压,而使其超过传统的升压转换器。它可以降低工作占空比,从而实现更高的开关频率、更小的元件尺寸和更低的FET电压。占空比降低还可以获得更多的控制器选择——以前在传统的升压转换器中使用这些控制器时无法获得足够高的占空比。jnIednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Power Tips #90: Get more boost from your boost converterjnIednc

本文为《电子技术设计》2020年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里jnIednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 如何实现最精确的授时和同步? 在为关键基础设施制定PNT解决方案时,运营商必须做出两个最关键的决策:1) 是否应在架构的每一层上部署弹性、冗余和安全性?2) 应采用哪种安全策略?
  • 纳米技术加持:生物光子学迎接医疗应用前景 本文介绍四个相关用例,说明以激光驱动的生物光子学结合纳米技术的应用如何共同实现更理想的医疗健康效果。
  • 如何在高压应用中利用反相降压-升压拓扑 对于需要生成负电压轨的应用,可以考虑多种拓扑结构,如“生成负电压的艺术”一文所述。但是,如果输入和/或输出端的绝对电压超过24V,并且所需的输出电流可以达到几安,则充电泵和LDO负压稳压器将会因其低电流能力被弃用,而其电磁组件的尺寸,会导致反激式和Ćuk转换器解决方案变得相当复杂。因此,在这种条件下,反相降压-升压拓扑能在高效率和小尺寸之间达成较好的折衷效果。
  • 宝马AI“超级大脑”上线,驱动在华数字化发展 近日,宝马率先在华部署了代号为“灯塔”(BEACON)的人工智能(AI)平台,提供AI应用创新相关的开发、部署、集成与运行服务的平台化环境,加速实现多业务场景数字化。
  • 西工大打破吉尼斯世界纪录,扑翼式无人机单次充电飞行15 据西北工业大学官宣其扑翼式无人机单次充电飞行时间获得新的吉尼斯世界纪录,认定的纪录时间为 2 小时 34 分 38 秒 62(突破 154 分钟)。本次刷新世界纪录的“云鸮”扑翼式无人机采用了高升力大推力柔性扑动翼设计、高效仿生驱动系统设计和微型飞控导航一体化集成等关键技术,翼展 1.82m,空载起飞重量为 1kg,手抛起飞,滑翔降落,能够按设定航线自主飞行,飞行过程中能实时变更航线。
  • 电化学腐蚀制备新技术发表,“一步到位”制作电池电极 据了解,天津大学“英才计划”特聘研究员吉科猛团队联合湖南大学谭勇文教授团队利用钴磷合金研发出了仅用一步即可制成电池电极的电化学腐蚀制备技术,该相关研究成果将于近日发表在国际期刊《先进材料》上。
  • iPhone 15全面升级,Ultra版本或超万元起售 据多方消息,明年苹果将在手机产品线上进行大范围的升级,如今的Pro版将不再是最高端版本,而是将推出一个全新产品iPhone 15 Ultra。
  • 12月13日起通信行程卡服务正式下线 12月12日0时,“通信行程卡”微信公众号发布“关于下线‘通信行程卡’服务的公告”
  • 通过GaN电机系统提高机器人的效率和功率密度 机器人应用成功的关键因素之一是确保最佳的电机驱动器设计。
  • 利用CMOS触发器“标签外”用法实现精密电容传感器 当涉及到药品时,“标签外”一词表明了某种药物(经常被发现)的不同于最初开发的实际而有益的用途。电子元器件也会出现这种情况,例如古老的CD4013B双D CMOS触发器。尽管将4013标记为传统的双稳态逻辑元件,但它却能用作模拟器件而具有极好的标签外潜力。
  • 金升阳汽车电子一站式电源解决方案 金升阳汽车电子一站式电源解决方案
  • 满足车规级、医规级的芯片级DC/DC电源——B0505ST16-W 金升阳推出芯片级隔离电源产品B0505ST16-W5,为高端芯片应用助力。金升阳芯片级电源B0505ST16-W5采用新一代自主研发技术,电路技术和电气性能都有质的提高,在汽车电子等领域,朝着小型化、功能集成化的方向迈进。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了