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ZHCAEX2 January 2025 TPS62840 , TPS62843

1.2 输出电流计算

在此拓扑中，平均电感电流也会受到影响。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（请参阅图 1-5）。知道关断时间是开关周期的 (1 – D)，那么可以使用方程式 1 来计算平均电感电流：

方程式 1.

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

使用方程式 2 可计算反相降压/升压转换器的工作占空比：

方程式 2.

D = \frac{V_{O U T}}{(V_{O U T} - V_{I N}) \times η}

而不是使用降压转换器的 V_OUT/V_IN。方程式 2 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。使用方程式 3 可计算峰峰值电感纹波电流：

方程式 3.

Δ I_{L} = \frac{V_{I N} \times D}{f_{S} \times L}

其中：

ΔI_L (A)：电感器纹波电流峰峰值
D：占空比
η：效率
f_S (MHz)：开关频率
L (μH)：电感值
V_IN (V)：相对于接地端的输入电压，而不是相对于器件接地端或 V_OUT 的输入电压

方程式 4 计算最大电感器电流：

方程式 4.

I_{L} = I_{L (a v g)} + \frac{Δ I_{L}}{2}

例如，对于 –1.8V 的输出电压、2.2μH 的电感器和 3.3V 的输入电压，以下计算得出基于 TPS62840 的最小电流限值 (1A) 可以确保最大允许输出电流。效率项估计为 80%。

方程式 5.

D = \frac{V_{O U T}}{(V_{O U T} - V_{I N}) \times η} = \frac{- 1.8 V}{(- 1.8 V - 3.3 V) \times 0.8} = 0.441

方程式 6.

Δ I_{L} = \frac{V_{I N} \times D}{f_{S} \times L} = \frac{3.3 V \times 0.441}{1.8 M H z \times 2.2 μ H} = 368 m A

重新排列方程式 4 并将 I_L(max) 设置为数据表中指定的 I_LIMF 的最小值，得出：

方程式 7.

I_{L (a v g)} = I_{L (m a x)} - \frac{Δ I_{L}}{2} = 1000 m A - \frac{368 m A}{2} = 816 m A

然后在方程式 1 中使用该结果来计算可实现的最大输出电流：

方程式 8.

I_{O U T} = I_{L (a v g)} \times (1 - D) = 816 m A \times (1 - 0.441) = 456 m A

表 1-1 提供了几个根据不同输出电压（–1.8V、–1.5V 和 –1.2V）计算得出的最大输出电流示例，这些示例均基于 2.2μH 电感值和 1.8MHz 开关频率。增加电感和/或输入电压可在反相降压/升压配置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 TPS62840 在反相降压/升压拓扑中的最大输出电流通常低于 750mA。图 1-6 展示了相同三个输出电压和不同输入电压条件下的输出电流。

表 1-1 不同 V_OUT 值的最大输出电流计算

参数	VOUT = -1.8V	VOUT = -1.5V	VOUT = -1.2V
V_IN (V)	3.3	3.3	3.3
η	0.8	0.8	0.8
f_s (MHz)	1.8	1.8	1.8
L (μH)	2.2	2.2	2.2
I_L(max) (mA)	1000	1000	1000
D	0.441	0.391	0.333
ΔI_L (mA)	368	326	278
I_L(avg) (mA)	816	837	861
I_OUT (mA)	456	510	574

图 1-6 最大输出电流与 V_IN 间的关系