用MT3540芯片設(shè)計(jì)BOOST電路(三)
在理解了以上這些概念之后,我們現(xiàn)在可以來(lái)計(jì)算Boost電路的電感量L了。由于電感是儲(chǔ)能元件,如果忽略自身電阻帶來(lái)的損耗,可以幾乎認(rèn)為不消耗能量。所以,根據(jù)能量守恒我們知道,輸入功率 = 輸出功率,也就是說(shuō):
,由于
,
所以,???????(1)
這里再以BCM模式來(lái)分析:
?
其中,;
。
我們知道,分析上面的波形能得到:
將(1)式帶入到上式,得到:
經(jīng)過(guò)變換得到:
我們可以通過(guò)上面這個(gè)公式來(lái)計(jì)算Boost電路的電感量了。假設(shè)一個(gè)Boost電路,Vin=5V,Vo=12V,Io=200mA,MT3540芯片的開(kāi)關(guān)頻率f=1.2 MHz。所以,
也就是說(shuō),在這樣的電感量情況下,當(dāng)負(fù)載在200mA時(shí),電感剛好進(jìn)入BCM模式。但是我們一般不這么來(lái)設(shè)計(jì),如果最大負(fù)載Io=200mA,那么我們會(huì)按照它的一般左右來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),也就是乘以一個(gè)0.5的系數(shù)。
選一個(gè)靠近5uH的標(biāo)稱電感,這里我們可以選擇4.7uH的標(biāo)稱電感。
?
那么,為什么要把電感在負(fù)載的一半時(shí),剛好工作在BCM模式來(lái)設(shè)計(jì)呢?
?
如果在滿載Io=200mA情況下,電感剛好進(jìn)入BCM模式時(shí),Ipk=400mA。
?如果在一半負(fù)載Io=100mA情況下,電感剛好進(jìn)入BCM模式,
那么最大負(fù)載Io=200mA的CCM模式時(shí),Ipk=300mA。
通過(guò)上面的分析可以知道,按照一半負(fù)載剛好進(jìn)入BCM模式來(lái)設(shè)計(jì)的話,最大負(fù)載情況下的Ipk值是更低的。而電感的磁飽和電流是根據(jù)Ipk來(lái)的,Ipk值越大,磁芯的也越大,價(jià)格也越貴。
那么,可不可以按照最小的輸出負(fù)載情況下,剛好進(jìn)入BCM模式來(lái)設(shè)計(jì)呢?假如這樣的話,根據(jù)電感量計(jì)算公式:,可以看出來(lái),當(dāng)Io越小時(shí),電感量也就越大。而電感量越大,繞的匝數(shù)也就越多,同樣價(jià)格會(huì)貴。所以電感是在Ipk和L之間取一個(gè)折中平衡,通常是按照負(fù)載的一半剛好進(jìn)入BCM來(lái)設(shè)計(jì)。
?
所以,對(duì)于MT3540 Boost芯片的電感感量設(shè)計(jì)為什么取4.7uH,要做到心里有數(shù)。如果你真的取3.9uH,或者取5.5uH,不能說(shuō)這個(gè)設(shè)計(jì)有問(wèn)題,它是決定Boost電感在負(fù)載Io多大時(shí),電感進(jìn)入BCM模式。電感量越大,更容易工作在CCM模式;電感量越小,更容易工作在DCM模式。更準(zhǔn)確的說(shuō),電感量越大,連續(xù)深度越深;電感量越小,連續(xù)深度越淺。
什么是連續(xù)深度呢?比如說(shuō),Boost電路的負(fù)載范圍是0~200mA。如果按照200mA剛好工作在BCM模式,那么整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)都是工作在DCM模式;如果按照100mA剛好工作在BCM模式,那么在0~100mA工作在DCM模式,在100mA~200mA工作在CCM模式。那么,就表示按照100mA來(lái)設(shè)計(jì)的話,連續(xù)深度更深。
以上,我們把Boost電路最核心的器件電感給介紹了一遍,也知道了它的工作原理。對(duì)于其他的元器件,相對(duì)來(lái)說(shuō),更簡(jiǎn)單。
這里二極管要選用肖特基二極管,這是因?yàn)樾酒拈_(kāi)關(guān)頻率很高,高達(dá)1.2MHz。而二極管有反向恢復(fù)時(shí)間,也就是說(shuō),從正向?qū)ǖ椒聪蛲耆刂剐枰欢ǖ臅r(shí)間,這個(gè)時(shí)間要極短才能滿足這么高的開(kāi)關(guān)頻率。而1N5819就能滿足這個(gè)要求。
分壓電阻的選擇。這個(gè)要根據(jù)MT3540對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)來(lái)看,因?yàn)檫@款芯片的FB反饋電壓有三種:1.20V/1.23V/1.25V。我們這里按照1.20V來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。它的選擇決定了Vo的輸出電壓大小。因?yàn)?img src="https://b1.sanwen.net/b_article/38296c37f466a61ac9e937baef231c7846b55169.jpg">,所以。由于這里的VFB=1.20V,所以一般在設(shè)計(jì)時(shí),先確定R8,這里選擇R8=2K,那么上面這個(gè)式子就只有一個(gè)未知數(shù)R3了。在確定R8時(shí),要保證回路的電流大約1mA左右,如果對(duì)功耗要求高,也可以選擇百uA級(jí)左右,但是電流不能太小,因?yàn)槿菀资芨蓴_。
EN使能腳的上拉電阻是廠家直接指定的,可以不用去管它。
那么,對(duì)于輸入輸出電壓一般的標(biāo)配都是10uF+104。但是要切記,Boost輸出電容一定要選擇瓷片電容,而不是鋁電解電容。這是由于瓷片電容的寄生參數(shù)小,在1.2MHz這樣的高頻下,保證輸出都是穩(wěn)定的。否則,Boost電路有很大可能無(wú)法正常工作。這都是經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試驗(yàn)證過(guò)的。在電容選擇好后還要測(cè)試它在最大負(fù)載下的輸出紋波,來(lái)確定電容容量是否滿足。一般輸出電容都是按照經(jīng)驗(yàn)值來(lái)取的,如果對(duì)輸出電容的計(jì)算感興趣,可以在后面的BUCK電路中再詳細(xì)討論。
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上面就是最終設(shè)計(jì)的BOOST電路。