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用MT3540芯片设计BOOST电路(3)

鲁肃 发布于 2021-10-28 11:16
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用MT3540芯片设计BOOST电路

在理解了以上这些概念之后,我们现在可以来计算Boost电路的电感量L了。由于电感是储能元件,如果忽略自身电阻带来的损耗,可以几乎认为不消耗能量。所以,根据能量守恒我们知道,输入功率 = 输出功率,也就是说:image.png,由于image.png

所以,                     image.png      1

这里再以BCM模式来分析:

image.png


其中,image.png

我们知道image.png,分析上面的波形能得到:

image.png


将(1)式带入到上式,得到:

image.png

经过变换得到:

image.png

我们可以通过上面这个公式来计算Boost电路的电感量了。假设一个Boost电路,Vin=5VVo=12VIo=200mAMT3540芯片的开关频率f=1.2 MHz。所以,

image.png

也就是说,在这样的电感量情况下,当负载在200mA时,电感刚好进入BCM模式。但是我们一般不这么来设计,如果最大负载Io=200mA,那么我们会按照它的一般左右来进行设计,也就是乘以一个0.5的系数。

image.png

选一个靠近5uH的标称电感,这里我们可以选择4.7uH的标称电感。

image.png

那么,为什么要把电感在负载的一半时,刚好工作在BCM模式来设计呢?

image.png

如果在满载Io=200mA情况下,电感刚好进入BCM模式时,Ipk=400mA

image.png

如果在一半负载Io=100mA情况下,电感刚好进入BCM模式,

那么最大负载Io=200mACCM模式时,Ipk=300mA

通过上面的分析可以知道,按照一半负载刚好进入BCM模式来设计的话,最大负载情况下的Ipk值是更低的。而电感的磁饱和电流是根据Ipk来的,Ipk值越大,磁芯的也越大,价格也越贵。

那么,可不可以按照最小的输出负载情况下,刚好进入BCM模式来设计呢?假如这样的话,根据电感量计算公式:image.png,可以看出来,当Io越小时,电感量也就越大。而电感量越大,绕的匝数也就越多,同样价格会贵。所以电感是在IpkL之间取一个折中平衡,通常是按照负载的一半刚好进入BCM来设计。

image.png


所以,对于MT3540 Boost芯片的电感感量设计为什么取4.7uH,要做到心里有数。如果你真的取3.9uH,或者取5.5uH,不能说这个设计有问题,它是决定Boost电感在负载Io多大时,电感进入BCM模式。电感量越大,更容易工作在CCM模式;电感量越小,更容易工作在DCM模式。更准确的说,电感量越大,连续深度越深;电感量越小,连续深度越浅。

什么是连续深度呢?比如说,Boost电路的负载范围是0~200mA。如果按照200mA刚好工作在BCM模式,那么整个负载范围内都是工作在DCM模式;如果按照100mA刚好工作在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来设计的话,连续深度更深。

以上,我们把Boost电路最核心的器件电感给介绍了一遍,也知道了它的工作原理。对于其他的元器件,相对来说,更简单。

这里二极管要选用肖特基二极管,这是因为芯片的开关频率很高,高达1.2MHz。而二极管有反向恢复时间,也就是说,从正向导通到反向完全截止需要一定的时间,这个时间要极短才能满足这么高的开关频率。而1N5819就能满足这个要求。

分压电阻的选择。这个要根据MT3540对应的数据手册来看,因为这款芯片的FB反馈电压有三种:1.20V/1.23V/1.25V。我们这里按照1.20V来进行设计的。它的选择决定了Vo的输出电压大小。因为image.png,所以image.png


由于这里的VFB=1.20V,所以一般在设计时,先确定R8,这里选择R8=2K,那么上面这个式子就只有一个未知数R3了。在确定R8时,要保证回路的电流大约1mA左右,如果对功耗要求高,也可以选择百uA级左右,但是电流不能太小,因为容易受干扰。

EN使能脚的上拉电阻是厂家直接指定的,可以不用去管它。

那么,对于输入输出电压一般的标配都是10uF+104。但是要切记,Boost输出电容一定要选择瓷片电容,而不是铝电解电容。这是由于瓷片电容的寄生参数小,在1.2MHz这样的高频下,保证输出都是稳定的。否则,Boost电路有很大可能无法正常工作。这都是经过实际调试验证过的。在电容选择好后还要测试它在最大负载下的输出纹波,来确定电容容量是否满足。一般输出电容都是按照经验值来取的,如果对输出电容的计算感兴趣,可以在后面的BUCK电路中再详细讨论。

image.png

上面就是最终设计的BOOST电路。


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