ZHCAC99 March 2022 TPS61099
1 應用簡報
引言
升壓轉換器廣泛用于不同市場，可通過堿性電池和鋰離子電池等輸入電源提供更高的輸出電壓。大多數升壓轉換器不直接在數據表中指定最大輸出電流。如果工程師不了解數據表標題中的電流能力規格，可以為其系統選擇不合適的小電流轉換器，因為該轉換器實際上需要較重的負載。本應用簡報說明了快速了解升壓轉換器輸出電流能力的三個步驟。
此外，該應用還提供了兩個基于 TPS61022 和 TPS61099 的示例。工作條件如下：
- 輸入電壓 VIN：1.8V 至 3.7V；
- 輸出電壓 VOUT：5V；
- 工作溫度：25oC；
- TPS61022 的目標輸出電流：2A；
- TPS61099 的目標輸出電流：100mA。
第 1 步：了解您的器件的輸入電流限制
數據表標題中的電流規格代表器件的典型輸入電流限制。為了進行計算，我們需要輸入電流限制的最小值。最小值是整個變化范圍內的最差電流限制規格。該值越高，器件的電流能力越強。
對于 TPS61022，最小谷值電流限值為 6.5A，如表 1-1 所示。
| 參數 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ILIM,SW | 谷值電流限值 | VIN = 3.6V，VOUT = 5V， | 6.5 | 8 | 10 | A |
對于 TPS61099，如表 1-2 所示，當 VOUT≥2.5V 時，其最小電流限值為 0.8A
| 參數 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ILIM | 電流限制閾值 | VOUT ≥ 2.5V，升壓運行 | 0.8 | 1 | 1.25 | A |
| VOUT < 2.5V，升壓運行 | 0.5 | 0.75 | A | |||
第 2 步：了解器件在相關工作條件下的效率等級
需要使用效率數據來建立輸入電流限制和輸出電流之間的關系。在最壞的情況下，我們需要提高效率，以確保器件不會在各種工作條件下進入電流限制。升壓轉換器的最壞情況是最低輸入電壓、最高 VOUT×IOUT 和最高工作溫度。
圖 1-1 分享了 TPS61022 在 VOUT=5V 時的效率數據。我們知道 VIN=1.8V 且 IOUT=2A 時的效率約為 87%。
圖 1 自動 PFM 模式下不同輸入的 TPS61022 負載效率圖 1-1 是 TPS61099 在 VOUT=5V 時的效率數據。在 VIN=1.8V 時效率不高，因此我們使用較低的 VIN=1.5V 曲線進行近似計算。輸出電流為 100mA 時，效率約為 88%。
圖 2 不同輸入下的 TPS61099 負載效率步驟 3：了解升壓轉換器的輸出電流能力
Equation1 顯示了最大輸出電流計算。
在公式中，
VIN,MIN 是最低輸入電壓；
IIN,MIN 是步驟 1 中的最小輸入電流限值；
ΔIL 是電感電流波紋；
η 是步驟 2 中的效率數據。
對于使用谷值電流限制的器件，可以添加一半的電感器電流紋波。另一方面，使用峰值電流限制的器件必須減去電感器電流的一半，以使計算更加精確。圖 1-3 顯示了谷值電流限制和峰值電流限制如何以不同的方式影響平均輸入電流。
圖 3 峰值和谷值電流限制對輸入平均電流的影響TPS61022 使用谷值電流限值。根據Equation2 計算出的工作條件下的最大輸出電流為 2.1238A。電感紋波是基于 2.2uH 電感得出的。
TPS61099 采用峰值電流限制。由于遲滯控制，其電感器電流紋波是恒定的。請參閱表 1-3，VOUT=5V 時的電感電流紋波為 350mA。最大輸出電流的計算結果為 198mA。
| 參數 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ILH | 電感器電流紋波 | VOUT = 5V | 350 | mA | ||
| VOUT = 3.3V | 300 | mA | ||||
| VOUT = 1.8 V | 250 | mA | ||||
結論
升壓轉換器的數據表未直接指定其最大輸出電流。工程師可以使用本應用簡報中的三個步驟，根據數據表規格計算結果。建議在計算出的最大輸出電流上留有一定的裕度，以防止器件由于溫度升高和外部元件降級而進入電流限制。