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在电源系统设计中,升压(Boost)型DC-DC转换器广泛应用于需要将较低输入电压提升至更高输出电压的场景。其基本工作原理决定了VIN始终低于VOUT,但由于存在最大占空比限制,实际输出电压无法无限升高,因此在设计时需综合考虑拓扑结构、环路布局以及反馈保护机制。
典型的同步或非同步升压拓扑如图1所示,其中S2为控制开关,拓扑结构可视为Buck电路在X轴上的镜像。与降压转换器不同的是,升压电路的输入端连接LC滤波器,使其成为相对“安静”的节点;而输出端则直接与开关串联,容易产生较高的传导噪声,因此在PCB布线过程中应特别注意输出路径的走线方式,以降低EMI干扰。
图1
在升压转换器的关键设计考量中,以下几点尤为重要:
热环路面积最小化
输出侧是主要的高di/dt电流路径(热环路),快速变化的电流会在高频下引发显著的电磁辐射。为了抑制噪声,建议将输出电容和功率MOSFET尽可能靠近IC引脚,缩短环路长度。
反馈网络设计与过压保护
升压电路通过电阻分压网络对输出电压进行采样并反馈至控制器。由于输出电压可能远高于输入电压,若反馈节点发生短路或开路,可能会导致异常高压损坏开关管或下游元件。因此,推荐在反馈路径中加入钳位保护电路(如TVS),并在必要时采用带OVP功能的控制器。
负载瞬态响应与稳定性优化
在宽输入电压范围或动态负载条件下,升压转换器的环路稳定性易受影响。合理配置补偿网络、选择合适ESR的输出电容有助于改善瞬态响应性能。
针对不同应用场景,以下是几款适用于工程师选型的典型升压转换器推荐及其技术参数:
LT8330:支持60V/1A输出,小尺寸封装,适合电池供电及便携式设备应用;
LT3461:集成肖特基二极管,支持40V/250mA输出,适用于空间受限但需要高效整流的设计;
LT8410:超小尺寸同步升压IC,支持42V/25mA输出,适合低功耗、高集成度系统;
LT8338:40V/1.2A同步升压控制器,具备优异的轻载效率和低噪声表现,适合工业与通信类应用。
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总结来看,升压型转换器在实现电压提升的同时,也带来了更高的EMI挑战与潜在故障风险。工程师在设计时需重点关注热环路布局、反馈保护机制以及环路稳定性问题。随着新型高集成度、低噪声升压芯片的不断推出,未来的设计将更加注重效率与可靠性之间的平衡。