BOOST 结构的工作原理及波形

BOOST 结构简单原理图见图 1，工作时各点的电压电流波形见图 2。

不考虑上电时的情形，仅考虑稳定工作时，情况如下：

当开关管 Q 导通时（开关管电压为 0），电感 L 相当于一端接 VIN，另一端通过开关管接到 GND。此时，VIN 给电 感充电（电感电压左正右负），电感电流上升，由于开关管串联在回路中，故此段时间，开关管 Q 电流等于电感 L 电流， 同时此过程续流二极管 D 反偏，故二极管上无电流。

当开关管 Q 关断时，由于电感电流不能突变，电感电压变为左低右高，此时有 VIN+VL=VOUT，（VL 为电感 L 上电 压差），故开关管 Q 关断时承受的电压为 VOUT。此时由于电感给 COUT 电容及负载供电，电流逐渐减小，又由于电感 与续流二极管 D 串联，故流过肖特基的电流等于电感放电电流，同时由于开关管 Q 关断，故开关管 Q 的电流为 0。

开关电流与输入、输出电流的关系

通过上面的分析，我们知道，对于 BOOST 电路，电感始终与 VIN 串联在一起，也就是说，电感的平均电流等于输入 电流；同时，上面的分析也可以得出，流过开关管的最大电流等于电感的最大电流。

故，BOOST 结构电路的开关电流与输入端电流直接相关。

由于电感上电流有一定的纹波（纹波大小与电感的感量有关），在实际选型时，要求系统输入电流小于开关电流限值， 并留有一定的余量（考虑到电感感量及功率问题，通常我们建议留 1 倍的余量，即开关电流限值为 5A 时，输入端电流不超 过 2.5A）。通过输入端电流，可以推算出输入功率，也就可以进一步推算出最大的输出电流；由于输出电压大于输入电压， 所以输出电流肯定小于输入电流。

综上：实际应用中开关电流（ISW）大于输入电流（IIN），输入电流（IIN）大于输出电流（IOUT）。

实例

以 XL6006 BOOST 结构为例，计算 12V 输入，24V 输出时，推算 XL6006 能做到的最大输出电流值？（XL6006 开关电流限值 5A）。

开关电流限值为 5A，留 1 倍的余量时，推荐最大输入电流：5A/2=2.5A

则输入端功率：2.5A*12V=30W

按效率 90%计算，输出端功率 30W*0.9=27W

输出端电流：27W/24V=1.125A

元器件选型时注意事项：

输入电流平均值为 2.5A，电感续流能力至少按照 1.5 倍选取，即 2.5A*1.5=3.75，选用续流能力 4A，感量 47uH 的 铁硅铝材质电感；流过肖特基的峰值电流与电感峰值电流相同，肖特基可以选用电流能力 5A，耐压 40V，SMC 封装，如 B540C。

由于功率较大，要做好系统散热处理

这次我们来分析一下 BUCK 结构开关电流与输 出电流的关系。

BUCK 结构的工作原理及波形

BUCK 结构简单原理图见图 1，工作时各点的电压电流波形见图 2。

不考虑上电时的情形，仅考虑稳定工作时，情况如下：

当开关管 Q 导通时，SW 点通过开关管接到 VIN 上，故 SW 点电压等于 VIN，此时 VIN 给电感充电，电流逐渐上升；开关管与电感串联，开关管上电流与电感相同；此时肖特基二极管反偏，反肖特基二极管的电流等于 0。

当开关管 Q 关断时，由于电感电流不能突变，电感电压变为左低右高，肖特基二极管钳位电感 L 左端电压，同时与电 感形成续流回路。如果忽略肖特基二极管的压降，则 SW 点电压等于 0V。由于电感的放电，电感的电流逐渐下降，同时， 肖特基二极管与电感是串联在一起，故此时肖特基二极管的电流等于电感的电流。

开关电流与输入、输出电流的关系

通过上面的分析，我们可以看到，对于 BUCK 电路，电感始终串联在输出回路里，电感的平均电流即为输出电流。同 时，结合上面的分析，电感的最大电流与开关管的最大电流相等。

也就是说，对于 BUCK 电路，开关电流与输出电流直接相关。由于电感上电流有一定的纹波（而纹波的大小与电感量有关），故输出电流一定是小于最大开关限流点。

下式给出了电 感上纹波电流峰-峰值与电感之间的关系。

注意事项：

通过开关电流限值，我们可以估算出系统的最大输出电流，但这只代表着此芯片可以输出这么大的电流，在实际使用中， 应充分考虑发热等因素来决定系统持续输出电流能力

SEPIC（single ended primary inductor converter）电路是一种应用于输出电压可大于、小于或者等于输入电压的 DC-DC 方案。SEPIC 电路具有输入与输出通过 CDC 电容隔离，可使用两个独立的分立功率电感，低 EMI 辐射等特点。

由于 SEPIC 拓扑通常使用升压芯片来实现，但在应用选型上与升压方案存在较多差异，下面我们针对 SEPIC 拓扑方案中 电源芯片的开关电流与输入输出电流的关系进行简单讨论。

SEPIC 电路工作的基本原理

我们以图 1 中 XL6019 SEPIC 拓扑电路为例：

当芯片内部开关管 Q1 导通时，电流回路如图 1 中蓝色虚线所示，CIN→L1→Q1→GND 回路和 CDC→Q1→GND→ L2 回路，同时 COUT 电容向负载供电。

当芯片内部开关管 Q1 断开时，电流回路如图 1 中红色虚线所示,CIN→L1→CDC→D1→COUT 与负载回路和 L2→D1 →COUT 与负载回路，此阶段 CIN 和 L1 既向负载供电，同时也给 CDC 电容充电。

SEPIC 电路中电感上电流

L1 和 L2 电流波形如下图 2 所示：

由于 SEPIC 拓扑的特殊性，在选型时还有以下几点需要注意：

1.芯片的功率管耐压一定要大于输入电压与输出电压之和；

2.续流用的肖特基二极管耐压一定要大于输入电压与输出电压之和，且有 30%的余量；

3.若使用耦合电感，需要注意电感的同名端，若使用分立电感则无需注意；

4.转换效率相对于 BOOST 或 BUCK 拓扑低 8 个百分点左右，使用相同芯片的 SEPIC 拓扑方案，其输出功率只能 达到 BOOST 拓扑的一半左右。