作為一名應用工程師，我經常收到有關開關穩(wěn)壓器中電壓和電流的詢問。而且我經常意識到，我在大學里學到的基本理論并不總是能說明問題的全部。最近在TPS65150 LCD 偏置器件中使用異步升壓轉換器的案例就是我所說的一個很好的例子。當升壓轉換器必須提供高輸出電壓、在低輸入電壓下工作、提供高升壓比或支持高負載電流時，需使用多相位功能。相比單相位設計，多相位升壓設計有多項優(yōu)勢，包括：提高效率、改善瞬態(tài)響應，以及降低輸入和輸出電容值（因為電感紋波電流，以及輸入和輸出電容中的紋波電流降低），使得整個升壓轉換器動力系統(tǒng)組件上的熱應力降低。

設計多相位升壓轉換器時，簡單之處在于連接輸入電源和輸出電軌，以減小輸入/輸出濾波器的尺寸，并且降低其成本。難點則在于連接誤差放大器的輸出和相位控制器的反饋引腳，以確保實現平衡均流和正確的相位同步。這兩種信號對噪聲極其敏感，即使采用非常精細的布局，也會受到升壓轉換器應用中典型的尖峰電流和電壓變化影響。一些升壓控制器具備多相位功能，可以解決此問題，但很多都沒有。

TPS65150器件提供了一種非常緊湊和小型的電源解決方案，可以提供薄膜晶體管(TFT) LCD顯示器所需的所有三個電壓。該設備的輸入電壓范圍為1.8 V至6 V，是2.5 V或3.3 V輸入軌供電的筆記本電腦或5 V輸入電壓軌的監(jiān)視器應用的理想選擇。此外，TPS65150器件提供了一個集成的高電流緩沖器，為TFT背板提供VCOM電壓。

兩個調節(jié)可調電荷泵驅動器為TFT提供正V(VGH)和負V(VGL)偏置電壓。該設備包括可調節(jié)的V(VGL)和V(VGH)上電順序。這避免了任何額外的外部組件來實現特定于應用程序的排序。該設備有一個集成的高壓開關來隔離V(VGH)。

同樣的內部電路也可以用來為應用于CTRL輸入的信號控制的LCD面板提供V(VGH)的門形信號。為了最高的安全性，TPS65150設備具有集成的可調關機鎖存器功能，允許特定應用的靈活性。該設備監(jiān)控輸出(V(VS)， V(VGL)， V(VGH));而且，一旦其中一個輸出低于其功率良好閾值，設備進入關機鎖存器，在其可調延遲時間經過之后。

讓我們從升壓轉換器的開關節(jié)點外觀的基本理論開始。圖 1 顯示了異步升壓轉換器的基本結構。

圖 1：簡化的升壓轉換器框圖

當晶體管 Q1 導通時，開關節(jié)點拉至地并且電感器 L1 充電。開關節(jié)點上的電壓在導通期間大約等于 0V。在關斷期間，Q1 關斷，L1 向輸出放電，開關節(jié)點上的電壓等于輸出電壓 (V O ) 加上二極管 D1上的正向電壓 (V F )。

圖 2 顯示了典型工作條件下的開關節(jié)點波形。正如預期的那樣，開關節(jié)點上的電壓是矩形的，并在地和 V O + V F之間交替。

圖 2：開關節(jié)點波形

但在低輸出電流條件下，開關節(jié)點波形形狀發(fā)生變化，如圖 3 所示。在關斷時間開始時，開關節(jié)點電壓為 V O + V F（如前所述），但隨后呈線性下降. 是什么導致了這種行為，與基本理論有什么區(qū)別？

圖 3：低輸出電流下的開關節(jié)點波形

圖 4 所示的內部框圖揭示了傾斜波形的原因：一個額外的 PMOS 晶體管 (Q2) 連接在二極管整流器上。該晶體管是一個同步整流器，可讓轉換器在所有工作條件下以連續(xù)導通模式 (CCM) 工作。它在電感電流為負時打開，在所有其他時間關閉。因為不是主整流，Q2的Rds (on)可以比較高(幾歐)，效率不會降低很多，但是高Rds (on)會導致負電感電流流過開關節(jié)點時產生壓降通過這。并且由于電感電流呈線性增加，壓降也隨之增加，造成如圖 3 所示的斜率。

圖 4：顯示同步整流器的內部框圖

圖 5 顯示了電感電流和開關節(jié)點電壓，并確認開關節(jié)點電壓的斜坡在電感電流變?yōu)樨撝禃r開始，并隨著電感電流的增加而增加。

圖 5：開關節(jié)點電壓和電感電流波形

請注意，對于所有低于臨界導通點的輸出電流，斜坡都會開始。我們可以使用公式 1 計算臨界傳導電流：

其中 D 是占空比（升壓： ），L 是電感，是開關頻率。