升压型DC/DC转换器的电流路径

升压型DC/DC转换器的电流路径

不仅局限于升压型DC/DC转换器,在很多产品的PCB布局设计中,了解其电路的电流路径和特性都是非常重要的。在进入具体的布局讲解之前,我们先来看一下升压型DC/DC转换器的电流路径。

开关晶体管Q2 ON时的电流路径

下图是升压型DC/DC转换器的电路示意图,红线表示开关晶体管Q2 ON时通过的主要电流。CIBYPASS是高频去耦电容,通常使用小容量陶瓷电容器。CIN是主要用来稳定的电容器,具有较大的电容量。在开关晶体管Q2导通的瞬间迅速流动的大部分电流来自CIBYPASS,其次来自CIN。在输入电流不是很大时,CIN可以与CIBYPASS合并,作为1个电容器复用。缓和变化的电流来自输入电源。在此期间,电能存储至电感L。

开关晶体管Q2 ON时的电流路径示例图

开关晶体管Q2 OFF时的电流路径

接下来请看开关晶体管Q2关断时的电流状态(图中红线)。电感L的作用是即使开关晶体管Q2 OFF时也可保持在此之前的电流值。电感L的左端固定为VIN电压,并持续为VOUT提供电流以增加电压,因此VOUT的电压比VIN要高(升压工作)。因此,开关晶体管Q2的ON时间越长,积蓄在电感L中的电能越大,能够输出的功率越大。然而,如果开关晶体管Q2的ON时间不必要地延长,则向输出端供给功率的时间会变少,效率会变差。因此,ON/OFF时间比(占空比)的最大值是设有限制的。在输出电流小的电路中,如果COUT使用具有良好频率特性的陶瓷电容器,则高频去耦电容CBYPASS可以复用。

开关晶体管Q2 OFF时的电流路径示例图

开关晶体管Q2 ON时和OFF时的电流差分

最后来看开关晶体管Q2 ON时和OFF时的电流差分(图中红线)。每当开关晶体管Q2从OFF变为ON、从ON变为OFF时,红线所示路径的电流就会急剧变化。由于该系统的变化非常剧烈而出现含有很多谐波的波形。这种差分系统的布局是PCB布局的关键,需要格外注意。

开关晶体管Q2 ON时和OFF时的电流差分示例图

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