ZHCAC99 March   2022 TPS61099

 

  1. 1应用简报

1 应用简报

引言

升压转换器广泛用于不同市场，可通过碱性电池和锂离子电池等输入电源提供更高的输出电压。大多数升压转换器不直接在数据表中指定最大输出电流。如果工程师不了解数据表标题中的电流能力规格，可以为其系统选择不合适的小电流转换器，因为该转换器实际上需要较重的负载。本应用简报说明了快速了解升压转换器输出电流能力的三个步骤。

此外，该应用还提供了两个基于 TPS61022 和 TPS61099 的示例。工作条件如下：

  • 输入电压 VIN：1.8V 至 3.7V；
  • 输出电压 VOUT：5V；
  • 工作温度：25ºC；
  • TPS61022 的目标输出电流：2A；
  • TPS61099 的目标输出电流：100mA。

第 1 步：了解您的器件的输入电流限制

数据表标题中的电流规格代表器件的典型输入电流限制。为了进行计算，我们需要输入电流限制的最小值。最小值是整个变化范围内的最差电流限制规格。该值越高，器件的电流能力越强。

对于 TPS61022，最小谷值电流限值为 6.5A，如表 1-1 所示。

表 1 TPS61022 电流限制规格
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
ILIM,SW 谷值电流限值 VIN = 3.6V，VOUT = 5V， 6.5 8 10 A

对于 TPS61099，如表 1-2 所示，当 VOUT≥2.5V 时，其最小电流限值为 0.8A

表 2 TPS61099 电流限制规格
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
ILIM 电流限制阈值 VOUT ≥ 2.5V，升压运行 0.8 1 1.25 A
VOUT < 2.5V，升压运行 0.5 0.75 A

第 2 步：了解器件在相关工作条件下的效率等级

需要使用效率数据来建立输入电流限制和输出电流之间的关系。在最坏的情况下，我们需要提高效率，以确保器件不会在各种工作条件下进入电流限制。升压转换器的最坏情况是最低输入电压、最高 VOUT×IOUT 和最高工作温度。

图 1-1 分享了 TPS61022 在 VOUT=5V 时的效率数据。我们知道 VIN=1.8V 且 IOUT=2A 时的效率约为 87%。

GUID-1D58C84F-F543-4488-9A7F-38B34CE3DB37-low.gif图 1 自动 PFM 模式下不同输入的 TPS61022 负载效率

图 1-1 是 TPS61099 在 VOUT=5V 时的效率数据。在 VIN=1.8V 时效率不高，因此我们使用较低的 VIN=1.5V 曲线进行近似计算。输出电流为 100mA 时，效率约为 88%。

GUID-ED167FAD-4FD7-401B-B8F7-8588EAAFEE00-low.gif图 2 不同输入下的 TPS61099 负载效率

步骤 3：了解升压转换器的输出电流能力

Equation1 显示了最大输出电流计算。

Equation1. I O U T , M A X = V I N , M I N ∙ I I N , M I N ± 0.5 ∙ ∆ I L ∙ ŋ V O U T

在公式中，

VIN,MIN 是最低输入电压；

IIN,MIN 是步骤 1 中的最小输入电流限值；

ΔIL 是电感电流波纹；

η 是步骤 2 中的效率数据。

对于使用谷值电流限制的器件，可以添加一半的电感器电流纹波。另一方面，使用峰值电流限制的器件必须减去电感器电流的一半，以使计算更加精确。图 1-3 显示了谷值电流限制和峰值电流限制如何以不同的方式影响平均输入电流。

GUID-20220304-SS0I-1ZDB-WZSB-LGSVSP57TZJD-low.svg图 3 峰值和谷值电流限制对输入平均电流的影响

TPS61022 使用谷值电流限值。根据Equation2 计算出的工作条件下的最大输出电流为 2.1238A。电感纹波是基于 2.2uH 电感得出的。

Equation2. I O U T , M A X = 1.8 V ∙ 6.5 A) + 0.5 ∙ 0.562 A ∙ 87 % 5 V = 2.1238 A

TPS61099 采用峰值电流限制。由于迟滞控制，其电感器电流纹波是恒定的。请参阅表 1-3，VOUT=5V 时的电感电流纹波为 350mA。最大输出电流的计算结果为 198mA。

表 3 TPS61099 电感器电流纹波规格
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
ILH 电感器电流纹波 VOUT = 5V 350 mA
VOUT = 3.3V 300 mA
VOUT = 1.8 V 250 mA
Equation3. I O U T , M A X = 1.8 V ∙ 0.8 A - 0.5 ∙ 0.35 A ∙ 88 % 5 V = 198 m A)

结论

升压转换器的数据表未直接指定其最大输出电流。工程师可以使用本应用简报中的三个步骤，根据数据表规格计算结果。建议在计算出的最大输出电流上留有一定的裕度，以防止器件由于温度升高和外部元件降级而进入电流限制。