Frederik Dostal ADI 公司

如果需要從低電壓生成高電壓，可采用升壓轉換器。它是三種基本開關穩壓器拓撲中的一種，僅需兩個開關、一個電感以及輸入和輸出電容。除了升壓轉換器以外，其他基本拓撲結構還包括降壓轉換器和反相降壓-升壓轉換器。圖 1 顯示了升壓轉換器的原理圖。在導通期間，開關 S1 閉合，電能存儲在線圈 L中。電感電流隨輸入電壓與地電位之間的差值線性增加；也就是說，隨輸入電壓而增加。在關斷期間，當 S1 開啟且 S2 閉合時，存儲在電感中的電能提供至輸出端。電感兩端的電壓在此時間段內等于輸出電壓減去輸入電壓。

要使這種相互作用生效，必須具有足夠的時間供電感充電和放電。通過控制環路時，可以進行如下想象：當輸出端需要更多電能時，必須從輸入端獲取更多的電能傳送至輸出端。因此，必須有更多的電能臨時存儲在電感中。開關 S1 也需要更長的導通時間。然而，對固定開關頻率而言，這導致可用于從電感獲得電能的關斷時間更短。因此，輸出電壓降至設定目標值以下。這對升壓拓撲來說尤其是一種限制。采用該拓撲，輸出電壓超出可用輸入電壓的水平受到限制。在典型應用中，這一最大升壓因數介于 3 至 7 之間。

圖 2 所示的曲線說明了最大可能升壓因數與對應占空比之間的典型關系。具體曲線依據升壓轉換器輸出端的負載電阻與電感的直流電阻之間的關系而變化。圖 2 所示的示意圖選用的負載電阻為 100 Ω。對于 48 V 的輸出電壓而言，這相當于 480 mA 的負載電流。當電感的串聯電阻 (DCR) 對應 2 Ω 時，可能實現的最大升壓因數只比 3 略高一點。當 DCR 為 1 Ω 時，可實現的升壓因數略高于 5。如果需要更高的升壓因數，必須選擇具有最低串聯電阻值的電感。

如果應用中需要更高的升壓因數，那么兩級式概念也是一種選擇。ADI 公司的新型 LTC7840 在單芯片中包含兩個升壓控制器，可輕松實現兩級式升壓概念。圖 3 顯示了一個從 12 V 電源電壓升壓至 240 V 輸出電壓的例子。兩個升壓級可分步提升電壓，使每一級僅需將電壓提升 4.5 倍左右。

結論

本文介紹了一個兩級式概念，它可實現比單級式概念高得多的升壓因數。當然，也可選擇基于變壓器的拓撲以顯著提高輸入電壓。例如，反激式轉換器就是一種常見拓撲。但是，如果無需電流隔離，兩級式升壓概念與反激式轉換器相比則具有一些優勢。它無需又大又貴的變壓器，因為開關頻率不再受限于變壓器磁芯中的損耗，并且電源負載是連續負載而非脈沖負載。因此，在許多應用的選擇過程中應考慮兩級式升壓概念。

作者簡介

Frederik Dostal 曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學微電子學專業。他的工作生涯始于 2001 年，從事電源管理業務，在不同的應用職位上一直表現活躍，包括在亞利桑那州鳳凰城工作了 4 年，致力于開關模式電源的研發。他于 2009 年加入 ADI 公司，現擔任 ADI 公司電源管理部門現場應用工程師，工作地點位于德國慕尼黑。聯系方式： frederik.dostal@analog.com 。