几种DC-DC升压转换器应用电路

半导体

升压稳压器的关键元器件包括：电感器；半导体开关，通常为功率 MOSFET；整流器二极管；集成电路 (IC) 控制块；输入和输出电容器（图 1）。

图 1：基本升压稳压器配置，显示当开关打开和关闭时的电流方向（图片来源： Digi-Key Electronics，基于 Texas Instruments 提供的原始资料）

当施加 VIN 电压且电源开关关闭时，电流沿着蓝色路径，通过电感器流到地。电感器将电能存储在其磁场中。二极管反向偏置，随着其存储的电能供应给负载，输出电容器两端的电压降低。

相反，当电源开关打开时，电流沿着红色路径流动，因为崩溃的磁场产生正电压，并通过正向偏置的二极管传输电感器电能，为输出电容器充电并供应给负载。

通过改变电源开关的占空比，控制块保持恒定的输出电压，以响应输入电压变化和负载变化。输出端的电阻分压器可为控制块提供电压反馈，以便调节占空比并保持所需的输出电压值。

除了这些基本功能之外，集成式设计还包括可选的保护功能，针对超温、输出短路、开路负载条件和输入过流等情况提供保护。

对基本电路的常见改进是使用第二个 MOSFET 替换二极管。第二个 MOSFET 充当同步整流器，在电源开关关闭时打开。其较低的电压降减少了功率耗散，同时提高了稳压器的效率。

在电池供电的设备中，更高的效率就等于更长的电池寿命，因而同步设计是一大优势。此外，便携式设备和可穿戴设备通常在空间上受到限制，因此面向这些应用的升压转换器具有很高的集成度。将电源元器件包括在封装中，将会限制其供流能力，但在电池供电设备的设计中，这个缺点是可以接受的。很多此类应用长时间处于关断模式，因而超低的静态电流消耗变得至关重要。

Texas Instruments 提供的 TPS610993YFFT 就是低功耗升压稳压器的一个例子（图 2）。这是一种同步器件，其静态电流仅 1µA，但能提供高达 800 毫安 (mA) 的电流，并在低至 0.7 伏特的输入电压下产生 3.0 伏特的输出电压。该器件的设计目的是在轻负载条件下最大程度地提高工作效率。它可与碱性电池或充电电池（例如 NiMH 电池或锂离子电池）配合使用。

图 2： TPS61099x 系列能够从 0.7 伏特的输入电压提供高达 5.5 伏特的输出电压。（图片来源：Texas Instruments）

TPS610993 将电源开关和同步整流器集成到 6 焊球的晶圆级芯片尺寸封装 (WCSP) 中，尺寸仅为 1.23 毫米 x 0.88 毫米。由于尺寸小巧，它非常适用于光学心率监测仪、存储器液晶显示屏 (LCD) 偏置驱动器，以及类似的空间受限的应用。该器件是 TPS61099x 系列产品的成员，输出电压在 1.8 伏特至 5.5 伏特之间。

在为智能手机摄像头闪光灯或电池供电的 LED 灯产生更高的电压方面，Microchip Technology 的 MCP1665 采用了不同的方法：它集成了 36 伏特、100 毫欧 (mΩ) 的 NMOS 电源开关，但在非同步拓扑中使用了外部二极管。

图 3： Microchip 的 MCP1665 能够从锂离子、NiMH 或 NiCd 电池产生高达 32 伏的电压。

该器件能够从 5 伏电源提供高达 1000 毫安的电流，并具备多种特性，包括受控启动电压、工作模式选择、500 千赫兹 (kHz) 的开关频率；峰值电流模式架构可在广泛负载范围内实现高效率。

在一些升压应用中，将输出电压维持在设定值并非主要设计目标。在 LED 背光驱动中，所需的 LED 亮度是通过 LED 灯串的电流的函数，因此，流经分流电阻器的电流形成了控制器的反馈电压，并决定了升压电压。Diodes Incorporated 供应的 AP3019AKTR-G1 是经过优化的升压转换器的一个例子，适合在背光应用中驱动最多 8 个 LED 的灯串（图 4）。

图 4： AP3019A 驱动器的典型开关频率为 1.2 MHz，包括可控制 LED 背光灯串亮度的专门功能。

该器件专门针对空间受限的应用进行了优化，内部包括电源开关和二极管，开关频率为 1.2 MHz，允许使用微型外部元器件。AP3019A 采用 SOT-23-6 封装，能够提供高达 550 mA 的电流。

CTRL 引脚是专用的关断和调光输入：将该引脚连接到 1.8 伏或更高的电压可启用器件；连接到 0.5 伏或更低的电压可禁用器件；应用脉冲宽度调制 (PWM) 信号可实现 LED 亮度控制。