关于Boost转换器的测试方法介绍

工程师在选择一个电压转换器的时候，首先需要知道自己要达成的目标。通常情况下，这个目标可以被定义如下：

输入电压Vin是多少？这个数据常常表现为某一个范围，即便给出的是一个单纯的电压值，我们也有必要把它转化为一个电压范围。

输出电压Vout是多少？与之相伴的常常还包括误差指标和纹波电压幅度或是其相对输出电压的比例。

负载电流Iout是多少？

有了这三个指标，我们就可以开始器件的选择了。但在你阅读产品规格书的时候，Boost转换器的规格书通常不会给出输出电流的能力，甚至连输出电压的最高值也不会给你，这是因为这些参数都是随着输入电压的变化而变化的。

Boost器件能够列出来的指标，最重要的是输入电压范围、工作频率、占空比最大值、集成化开关的最大电流限制值和耐压值，其它的就都是辅助的了，它们不是不重要，但在选型的初始阶段是不重要的。

对于Boost器件来说，最恶劣的工作条件出现在输入电压最低、输出电压最高和负载电流最大的时候。此时，占空比最大化，开关管电流最大化，开关管承受的电压最大化。所以，我们只要知道这些最大化的参数是否超出了器件的指标，就知道这颗器件是否满足需求了。我们后面的计算都是以最恶劣的情况为依据进行的，进行过程中就不再说明了。

为了方便理解，我们先把Boost的拓扑图和电感电流与其它参数之间的关系图放在这里：

指标1：开关管最高耐压

Boost转换器开关管上的最高电压出现在开关管截止、电感电流经续流管流向输出端时。

为了使续流管D能够导通，LX端的电压必须高于输出电压一定的值才能实现。此电压由两部分组成：输入电压Vin和电感上的反激电压。在一定的条件下，输入电压是不变的，电感上的反激电压却是根据需要自动产生的。

当输出电压确定了的时候，很容易就可以推知会出现在开关管上的最高电压是多少，因为其间的差就是续流开关导通压差VL‍‍X - Vout。对于非同步的Boost转换器来说，这个差值由所用肖特基二极管的导通压差决定，此值通常只有0.xV；对于同步架构的Boost来说，同步续流开关的导通压差是比较小的，否则也就失去同步化的价值了。所以，只要开关管最高耐压比输出电压比高1V以上就应该是安全的了，这是就理想状况而言的，非理想状况的问题我们以后再谈。

指标2：最大占空比

Boost转换器要想将能量送往输出端，它必须先将能量存入电感，然后再释放。能量存入电感的过程通过将输入电压加到电感上来实现，这时候开关SW处于导通状态，开关每次导通的时间长度为Ton。能量释放至输出端的过程，时间长度为Toff。Ton和Toff两段时间合在一起成为一个周期，这样的周期反复进行，输出端就可得到适当的输出以满足负载的需要。Ton在一个周期中所占的比例Ton/T被称为占空比D。在一定的输入电压下能否达成需要的输出电压，这是由占空比决定的。

当开关SW导通的时候，电感电流IL在Vin的作用下从谷值Iv升高至峰值Ip：

在开关SW截止的Toff时间段，IL在Vout - Vin的作用下从Ip降低至Iv：

在平衡状态下，电感电流的增加和减少总是相等的，于是有

消除相同项，得伏秒平衡公式：

因为

可得

这就是在一定输入电压Vin下要得到一定的输出电压Vout必须的占空比，此值必须小于所选器件的占空比最大值，否则就不可能得到需要的输出电压。

我在此文中不会谈到器件的工作频率，但上述推导中已经把它包含进去了，它就是T的倒数。另外，计算过程中也忽略了续流管的导通压差，这会导致计算误差，这种误差在低压应用中影响相对较大，实际应用时可以再把它加进去进行计算，或者是在计算结果的基础上加上一个补偿即可。

指标3：开关管最大电流限制值

前面的计算过程中，我们列出了电感电流的峰值计算公式，但如果不知道电感电流的谷值，我们仍然无法计算峰值。

好在我们可以很容易地知道Boost转换器的输入电流平均值。根据输出电压和电流的大小，我们很容易算得输出功率的值，该值除以转换器的效率以后即可得到输入功率。有了输入功率，又有输入电压数据，输入电流平均值是手到擒来。

Boost转换器的输入电流是连续的，有了它的平均值，再加上电感电流的纹波数据，我们要的峰值电流数据就有了。

在电流连续模式下，实际出现在电感中的电流是连续的三角波，其上升部分流入开关SW，下降部分流入续流开关，所以，知道了电感电流的峰值，也就知道了开关管和续流开关的电流峰值即最大值。

对于三角波的电感电流，其平均值就是电流峰值Ip和谷值Iv的和除以2。

现在假设纹波峰峰值是平均电流的20%，则很容易就知道电感电流峰值是输入电流平均值的1.1倍，即：

如果不考虑效率，也就是说我们假设转换器的效率为100%，上述公式可被转化为

只要计算出来的Ip值小于器件规格书中列出来的开关管最大电流限制值，这项指标就算通过了。只是不要忘了，这个结果是在效率为100%的状况下得到的，如果你一定要通过输出电流来计算电感电流峰值，你不妨将其中的1.1改为1.3来使用，这大概能反映效率的作用。