2 升压转换器外部偏置要求

为了确定支持外部偏置的要求，有必要分析这些升压转换器的控制策略。根据主要控制策略的不同，中压升压转换器（输出电压 7V 以上）可分为三种控制策略。

第一种是固定频率控制 (PWM)，一种相对简单且常用的控制策略。使用这种控制策略的器件包括 TPS61175、TPS61178 等。

第二种是准恒定频率控制或恒定导通或关断时间 (COT) 控制。恒定关断时间控制器件将根据输入电压和输出电压计算关断时间 T_off，以使频率基本保持恒定。使用这种控制策略的器件包括 TPS61089、TPS61372 等。

第三种类型是脉冲频率调制控制 (PFM)。使用 PFM 的器件较少，包括 TPS61096a 和 TPS61040。

对于 COT 控制，该器件需要对输入电压进行采样以计算 T_off 或 T_on。还可以通过两种方法对输入电压进行采样：

1. 对 VIN 引脚电压进行直接采样
2. 对 SW 引脚的平均电压进行采样，该电压几乎与 Vin 相同。

衍生过程如下：

SW 在 CCM 和 DCM 中的电压波形如图 2-1 所示。

对于 CCM，SW 引脚的平均电压通过Equation1 计算得出：

其中

• D 是开关占空比
• T_S 为开关周期

对于 DCM，T_on 和 T_off1 通过Equation2 确定：

其中

• L 是功率电感器的电感
• I_peak 是电感器的峰值电流

SW 引脚的平均电压通过Equation3 计算得出：

请注意，该器件需要对 SW 引脚的电压进行采样以计算适当的 T_off 和 T_on。对于外部偏置应用，如果器件对 VIN 引脚电压信号 Vin 进行采样，升压转换器将不会按需工作。例如，TPS61087 的工作频率将随着 CCM 中输入电压的增加而增加。这是因为 T_off 不会随外部偏置而变化，而所需的占空比随着输入电压的上升而降低，因此 T_on 会减小。因此，外部偏置的第一个也是非常重要的要求是，如果使用 COT 控制策略，升压转换器必须对功率 Vin 进行采样，以计算 T_off 和 T_on。

第二个要求是升压转换器没有负载断开功能或在实际应用中没有使用该功能。以 TPS61372 为例。它集成了一个与高侧 MOSFET 串联的 P 沟道 MOSFET。如果功率 Vin 为高电平，则输出侧隔离式 PMOS 的源电压为高电平。器件可能无法产生足够高的栅极电压，如果信号 Vin 为低电平，PMOS 将不会关闭。另外，信号 Vin 可能会被采样来确定隔离 MOSFET 的驱动信号，所以当输出侧短路时可能会带来异常行为。因此，不建议将那些集成隔离 MOSFET 的器件用于外部偏置应用。

第三个要求是电源序列。应在信号 Vin 之前提供电源 Vin 以对输出电容器进行预充电。对于 TPS61288 和 TPS61089 等一些器件，如果稍后提供电源 Vin，启动会失败，输入侧会短路。这是因为器件在启动前就已经工作，由于电源 Vin 为 0V，器件的误差放大器会产生过大的 EA 输出电压。这会使 T_on 几乎是无穷的。图 2-2 和图 2-3 显示了 TLV61046a 的不同启动波形。在图 2-2 中，先提供电源 Vin，然后提供信号 Vin；先提供信号 Vin，然后提供电源 Vin，如图 2-3 所示。很明显，启动的浪涌电流要大得多，即使稍后可以在外部偏置应用中提供电源 Vin，软启动功能也会丢失。