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ZHCABO4 March 2022 TPS629210 , TPS629210-Q1

1.2 输出电流计算

在此拓扑中，平均电感电流受到影响。在降压配置中，平均电感电流等于平均输出电流，因为电感总是在控制 MOSFET 的导通和关断期间为负载提供电流。而在反相降压/升压配置中，负载仅由输出电容器提供电流，并且在控制 MOSFET 导通期间与电感器完全断开。在关断期间，电感连接到输出电容和负载（见图 1-3）。知道关断时间是开关周期的 1-D，那么平均电感电流为：

Equation1.

I_{L (a v g)} = \frac{I_{O U T}}{1 - D}

典型降压转换器的占空比只是 V_OUT/V_IN，但反相降压/升压转换器的占空比变为：

Equation2.

D = \frac{V_{O U T}}{V_{O U T} - V_{I N}} x \frac{1}{ƞ}

Equation2 中的效率项会调整本节中的功率转换损耗公式，并产生更准确的最大输出电流结果。其中 V_OUT 为负值。峰峰值电感纹波电流可使用以下公式计算：

Equation3.

∆ I_{L} = \frac{V_{I N} x D}{f_{s} x L}

其中，

∆I_L (A)：电感器峰峰值纹波电流

D：占空比

η：效率

f_S (MHz)：开关频率

L (µH)：电感

V_IN (V)：相对于接地（而非 IC 接地或 -V_OUT）的输入电压。

最终，电感器最大电流变为：

Equation4.

I_{L (m a x)} = I_{L (avg)} + \frac{∆ I_{L}}{2}

对于 –3.3V 的输出电压、2.5MHz 的开关频率、2.2µH 的电感器和 12V 的输入电压，根据 TPS629210-Q1 的 1.3A 最小电流限制 (I_LIM)，以下计算得出可提供的最大允许输出电流。效率项估计为 85%。

Equation5.

D = \frac{V_{O U T}}{V_{O U T} - V_{I N}} x \frac{1}{ƞ} = \frac{- 3.3}{- 3.3 - 12} x \frac{1}{0.85} = 0.254

Equation6.

∆ I_{L} = \frac{V_{I N} x D}{f_{s} x L} = \frac{12 x 0.254}{2.5 M H z x 2.2 μ H} = 0.554 A

重新排列Equation4 并将 I_L(max) 设置为数据表中指定的 I_LIM 的最小值，得出：

Equation7.

I_{L (a v g)} = I_{L (\max)} - \frac{∆ I_{L}}{2} = 1.3 - \frac{0.554}{2} = 1.023 A

然后在Equation1 中使用该结果来计算可实现的最大输出电流：

Equation8.

I_{O U T} = I_{L (avg)} x (1 - D) = 1.023 x (1 - 0.254) = 0.763 A

表 1-1 提供了不同输出电压（–5V、–3.3V 和 –1.2V）的计算得出的最大输出电流的几个示例，分别基于 2.2μH 和 3.3μH 的电感值和 2.5MHz 开关频率。增加电感和/或输入电压可在反相降压/升压拓扑中实现更高的输出电流。由于平均电感器电流高于典型降压型拓扑，所以 TPS629210-Q1 在反相降压/升压拓扑中的最大输出电流通常低于 1A。相同的三个输出电压和不同输入电压的输出电流如图 1-4 所示。

表 1-1 不同 V_IN、V_OUT 和电感值的最大输出电流计算

V_IN (V)	12	12	12	12	12	12	5	5	5	5	5	5
V_OUT (V)	-5	-3.3	-1.2	-5	–3.3	-1.2	-5	-3.3	-1.2	-5	-3.3	-1.2
L(µH)	2.2	2.2	2.2	3.3	3.3	3.3	2.2	2.2	2.2	3.3	3.3	3.3
f_S (MHz)	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
η (%)	86	85	80	86	85	80	86	85	80	86	85	80
I_LIM(A)	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3
D	0.342	0.254	0.114	0.342	0.254	0.114	0.581	0.468	0.242	0.581	0.468	0.242
∆I_L (A)	0.746	0.554	0.248	0.497	0.369	0.165	0.529	0.425	0.22	0.352	0.283	0.147
I_L(avg) (A)	0.927	1.023	1.176	1.051	1.115	1.217	1.036	1.087	1.19	1.124	1.158	1.227
I_OUT (A)	0.610	0.763	1.0	0.692	0.832	1.0	0.434	0.579	0.902	0.470	0.616	0.93

图 1-4 最大输出电流与输入电压间的关系