在現(xiàn)代電子設(shè)備中，我們常常遇到一個(gè)矛盾：系統(tǒng)需要一個(gè)比輸入電源更高的電壓來驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵部件。例如：?jiǎn)喂?jié)鋰電池（3.0V-4.5V）需要為白光LED（約3.3V）、USB接口（5V）或音頻放大器（12V）供電。如何優(yōu)雅、高效地解決這一矛盾？答案就是Boost（升壓）變換器。

作為開關(guān)電源DC-DC變換器家族的核心成員之一，Boost電路如同一位高效的“電壓魔術(shù)師”，通過巧妙的儲(chǔ)能與釋放，將輸入電壓提升至所需水平。從智能手機(jī)的顯示屏背光，手機(jī)USB接口的對(duì)外供電，到新能源車的動(dòng)力系統(tǒng)，再到光伏逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤，Boost變換器以其簡(jiǎn)潔的拓?fù)?、高效的性能，奠定了其?a href="www.brongaenegriffin.com/article/special/" target="_blank">電力電子領(lǐng)域不可撼動(dòng)的地位。接下來我們揭開Boost變換器神秘面紗。

Boost變換器家族與工作原理

“族譜”定位

Boost屬于非隔離型DC-DC變換器，是四種基本開關(guān)拓?fù)洌˙uck降壓、Boost升壓、Buck-Boost升降壓、?uk）中的升壓擔(dān)當(dāng)。其核心特征是輸出電壓始終高于輸入電壓（Vo > VIN）。

核心工作原理

Boost電路的本質(zhì)是通過電感儲(chǔ)能，并將其與輸入電壓串聯(lián)后輸出來實(shí)現(xiàn)升壓（圖1示）：

圖1 Boost電路工作原理

階段一：儲(chǔ)能

開關(guān)管M1導(dǎo)通，M2斷開，輸入電壓VIN全部加在電感L兩端，電感電流IL線性增加，將電能以磁能形式儲(chǔ)存起來，這段時(shí)間記為t1（如圖2示），此時(shí)負(fù)載RL需要電流由輸出電容Co單獨(dú)供電。

階段二：釋放能量

開關(guān)管M1斷開，M2導(dǎo)通，電感電流不能突變，產(chǎn)生一個(gè)左負(fù)右正的反電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)電感左側(cè)電壓是VIN，右側(cè)電壓Vo，與輸入電源一起向輸出電容C充電和負(fù)載RL供電，這段時(shí)間記為t2（如圖2示）。

按照根據(jù)伏秒定律（理想條件）可以得到如下公式：

VIN*t1=（Vo-VIN）*t2 (1)

同時(shí)由于：

T=t1+t2=1/f (2)

D=t1/T (3)

基于公式(1)、（2）、（3）可以推導(dǎo)得到占空比D與電壓關(guān)系：

D=（Vo-VIN）/Vo （4）

如下圖2示意是Boost 處于CCM工作模式下各器件上的波形：

圖2Boost 處于CCM工作模式下各器件上的波形

將公式（4）做簡(jiǎn)單變形：

占空比與電壓關(guān)系（理想）

Vo= VIN / (1 - D) （5）

當(dāng)VIN接近Vo時(shí)，此時(shí)占空比D會(huì)逐漸降低，傳統(tǒng)Boost架構(gòu)會(huì)存在最小t1時(shí)間和最小t2時(shí)間，輸入電壓VIN接近甚至略高于所需Vo時(shí)，占空比D會(huì)變得非常小，此時(shí)開關(guān)和導(dǎo)通損耗占比增大，導(dǎo)致輕載或窄壓差時(shí)效率急劇下降。艾為推出AW3615ACSRSmartBoost擁有PTM（Pass-ThroughMode）模式正是為了解決這一痛點(diǎn)。

1. 超高效“直通”模式

當(dāng)檢測(cè)到VIN > Vo（或在一個(gè)設(shè)定的閾值以上）時(shí)（如圖3），Boost開關(guān)M1會(huì)完全關(guān)斷，M2一直導(dǎo)通，電感L不再有儲(chǔ)能作用，電流直通，形成輸入電壓到輸出電壓的直通通路（如圖3所示）。在此模式下，電流路徑幾乎無損耗（僅有M2的導(dǎo)通電阻Rds(on)以及電感DCR），效率可高達(dá)99%以上，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)Boost在此場(chǎng)景下的效率。

圖3PMT模式通路示意

2. 智能的模式切換

SmartBoost芯片具備智能模式切換邏輯，能夠在輸入電壓波動(dòng)時(shí)，在“Boost升壓模式”和“PTM直通模式”間自動(dòng)地轉(zhuǎn)換，當(dāng)輸入電壓超過VIN_PTM進(jìn)入點(diǎn)時(shí)從Boost模式切換到PTM模式，當(dāng)VIN低于VIN_PTM-時(shí)（即低于VIN_PTM+-Vhys），進(jìn)入Boost模式，示意圖如4：

圖4 模式切換過程

其中：

1）VIN_bypass+ 是進(jìn)入Bypass模式，VIN_bypass- 是退出Bypass 模式

2）VIN_UVLO+是芯片芯片欠壓保護(hù)退出閾值點(diǎn)，VIN_UVLO-是芯片欠壓保護(hù)進(jìn)入閾值點(diǎn)

除了支持PTM 的高效模式外，AW3615ACSR 還支持PSM（輕載高效模式）和PWM模式，保證了全VIN和全負(fù)載范圍的高效率，在正常Boost模式下效率最高可超過92%，不同條件效率曲線如下：

圖5 模式切換過程

此外，AW3615ACSR是一款同步升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，具有2.5V至5.5V寬輸入電壓范圍和1.5A連續(xù)輸出電流能力。AW3615ACSR在2.5MHz的開關(guān)頻率下，實(shí)現(xiàn)了低輸出電壓紋波和小外部電感和電容器尺寸，以下是AW3615ACSR相關(guān)信息：

1.5A同步升壓，帶Bypass（也可稱為Pass-Through）功能

Vin: 2.5V ~ 5.5V

Vout: VIN+0.5V ~ 6.0V （±2.2%）

靜態(tài)電流：35uA

輕載高效模式

輸出能力: Iload ≥ 1.5A at Vin≥3V，Vout=5V

高效率：Vin=3.7V，Vout=5V/1A效率≥92.6%

開 關(guān) 頻 率 ：2.5MHz

集成多種保護(hù)：OVP、OTP、UVLO、Short-circuit Protection

封裝: WLCSP 1.253mm × 1.253mm-9B

圖6 典型應(yīng)用框圖