諧振電路升壓轉(zhuǎn)換器可降低超便攜式應(yīng)用開關(guān)損耗

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　圖5是用具有1.6MHz開關(guān)頻率的FAN5331實(shí)現(xiàn)的LC諧振升壓轉(zhuǎn)換器。如圖所示，LC諧振相關(guān)值有C_r = 53pF、L_r = 4.5mH、L = 10mH。因此，由式（1）可求得諧振周期為Tr=48.5ns。典型的輸入電壓為5.0V，輸出電壓設(shè)置為15.0V，負(fù)載電流為50mA。由開關(guān)頻率可求得開關(guān)周期Ts = 0.625ms，輸入輸出轉(zhuǎn)換占空比D = 0.67、T_on = 420ns及T_off = 205ns。

　　由式（3）可知，諧振電流峰值Irpk=51.4mA，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻為40mA。當(dāng)Vo=Vin=5.0V、Po=750mW時(shí)，平均輸入電流Iin為176mA、Pin=880mW。故由式（4）可算出峰值電感電流Ipk=280mA。

　　圖6顯示了帶有和沒有諧振LC網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器的比較結(jié)果。如前關(guān)于工作模式中所闡述的，當(dāng)Q導(dǎo)通時(shí)，諧振周期開 始。圖7顯示了Q導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)的SOA安全工作區(qū)域曲線。正如預(yù)料，當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)，傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器的漏極橫截面上的電流電壓要高得多。漏極橫截面上電壓電流的詳細(xì)波形如圖8所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，利用無損LC諧振網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)損耗得以有效降低。

　　諧振網(wǎng)絡(luò)中諧振電感電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。諧振周期Tr 測(cè)量值大約為50ns，與Cr=53pF、Lr=4.5mH時(shí)根據(jù)式（1）計(jì)算的結(jié)果一致。

　　圖10顯示了無損耗諧振LC網(wǎng)絡(luò)的SOA曲線。比較圖7和圖10可看出，帶有LC諧振網(wǎng)絡(luò)的升壓轉(zhuǎn)換器的SOA比典型的沒有LC諧振網(wǎng)絡(luò)的升壓轉(zhuǎn)換器更好。圖11比較了帶有和沒有諧振LC電路的傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器的效率，由圖可見，效率有顯著提高，尤其是當(dāng)DC輸入電壓較低時(shí)。

　　本文介紹了一種可獲得更高效率的LC諧振升壓轉(zhuǎn)換器電路，給出了詳細(xì)模式分析和設(shè)計(jì)指引。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種LC諧振電路工作良好，可用于超便攜式應(yīng)用以延長(zhǎng)電池壽命。