電感選擇升壓轉(zhuǎn)換器電感值
僅一個電池可能無法為復(fù)雜系統(tǒng)提供正常工作所需的所有電壓軌。汽車 LED 驅(qū)動器、音頻放大器以及電信等應(yīng)用需要升壓轉(zhuǎn)換器將較低輸入電壓轉(zhuǎn)換為較高輸出電壓。要確定應(yīng)該將轉(zhuǎn)換器的工作模式設(shè)計成連續(xù)傳導(dǎo)模式 (CCM)、非連續(xù)傳導(dǎo)模式 (DCM) 還是二者的結(jié)合，這對于升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計人員來說可能不太明確。
升壓轉(zhuǎn)換器的形狀和尺寸多種多樣，所支持的電源等級和升壓比率非常廣泛。這些要求決定了升壓轉(zhuǎn)換器最適合在 CCM 下工作，還是在 DCM 下工作。在 DCM 下，電感器電流在 FET 導(dǎo)通時開始從零升高，并在下一個轉(zhuǎn)換周期到來之前完全放電歸零。但在非同步 CCM 升壓情況下，無論電流是在升高、在下降，還是在將電感器儲存的能量釋放到輸出電容器和負(fù)載中，電感器電流始終大于零。
在 CCM 下，占空比對負(fù)載而言是恒定的，但會隨輸入電壓變化而變化。在大多數(shù) CCM 設(shè)計中，當(dāng)?shù)陀谀骋蛔畹拓?fù)載時，工作模式會轉(zhuǎn)換為 DCM，因為電感器電流在下一個轉(zhuǎn)換周期到來之前最終會降低至零。
在大多數(shù)情況下，高功率升壓轉(zhuǎn)換器工作在 CCM 下，而低功率升壓則在 DCM 下完成。這是因為 CCM 允許較低峰值電流流過整個電路，通常會帶來較低電路損耗。但可能在高電壓升壓轉(zhuǎn)換的輸出整流器中也有例外，例如在 PFC 中，反向恢復(fù)電流會導(dǎo)致更多損耗。這種損耗通常可采用高質(zhì)量(快速)整流器進行處理。
如果在 DCM 下工作，會出現(xiàn)在 CCM 模式下兩倍的峰值電感器電流，但如果故意減小電感值，則該電流可能還會高很多。這些更高電流不僅可增大輸入輸出電容器中的均方根電流，而且還可增加 FET 中的開關(guān)損耗，因此需要更大(或更多)的組件來應(yīng)對附加應(yīng)力。單這一項不足通常就能掩蓋 DCM 在高功率下提供的其它優(yōu)勢。
盡管電感器均方根電流在 DCM 下更高，但其線阻通常會低很多，因此銅損耗往往與 CCM 相同或更低。不過，DCM 下的核心損耗在高功率等級下更大。有時候可能需要更大的核心來處理這些增加的損耗，這會使經(jīng)常讓人振奮的“更小電感器尺寸”優(yōu)勢黯然失色。DCM 能真正發(fā)揮優(yōu)勢的地方是較低功率等級，這里電容器和 FET 中增加的應(yīng)力不一定需要較大組件，采用較小電感器即可。
DCM 的一個額外優(yōu)勢是在以高升壓比率工作時(此時 CCM 工作需要大量的導(dǎo)通時間)，可通過減小電感值來縮短導(dǎo)通時間(伴有更高峰值電流)。這非常好，因為控制器經(jīng)常會達到最大可控制導(dǎo)通時間(或最小關(guān)斷時間)限值，跳過脈沖。這樣，設(shè)計人員可根據(jù)控制器的可工作范圍對導(dǎo)通和關(guān)斷時間進行微調(diào)。此外，DCM 的控制環(huán)路表現(xiàn)要優(yōu)于 CCM，因為沒有右半平面零點，其可轉(zhuǎn)換為優(yōu)異的瞬態(tài)性能。
有時候可通過減小電感值將 RHPZ 的影響降到最低，我們可將 RHPZ 推到影響較小的更高頻率位置。無論在輕負(fù)載、啟動還是在瞬態(tài)條件下，所有 CCM 升壓都可在一定條件下以 DCM 模式工作。這完全可以接受，但應(yīng)該搞清楚出現(xiàn)這種情況時的條件。
圖 1 是電感方程式(方程 1)中反向升壓比率 (VIN/VOUT) 與占空比 (D×(1-D)2) 的比較圖。該項目與 CCM 升壓轉(zhuǎn)換器中所需的電感成正比。本圖中的峰值出現(xiàn)在 VIN/VOUT 比值為 2/3 時或升壓比率 (VOUT/VIN) 為 1.5[1] 時。這可能是有些不太直觀的結(jié)果。它的意思是，在采用變化輸入電壓的設(shè)計中，電路必須在 VIN/VOUT 比率的一個區(qū)段間工作。如果該范圍非常廣泛而且該區(qū)段包含圖 1 中的峰值，那就應(yīng)該在 2/3 的 VIN/VOUT 比率位置計算電感。如果該區(qū)段不包含 2/3 點，那它就應(yīng)該在其相對峰值比率處進行設(shè)計。
圖 1.CCM 所需的最大電感出現(xiàn)在 VIN/VOUT = 2/3 時
方程 1
圖 2 是汽車 LED 驅(qū)動器應(yīng)用，其采用控制器調(diào)節(jié)輸出電流，而不是固定輸出電壓。該設(shè)計電路在 0.27 至 0.97 的區(qū)段間工作，如圖 1 中虛線所示。應(yīng)在 2/3 的比率位置計算其電感。LED 負(fù)載電流是恒定的，因此要選擇所需的電感，就得選擇低于實際負(fù)載電流的設(shè)計負(fù)載電流。只要實際負(fù)載電流大于這一所選等級，轉(zhuǎn)換器就會在 CCM 下工作。
編輯：admin 最后修改時間：2018-01-05
