通过波形检查，判断我们的升压转换器工作是否正常

作为一名应用工程师，我经常收到有关开关稳压器中电压和电流的询问。而且我经常意识到，我在大学里学到的基本理论并不总是能说明问题的全部。最近在TPS65150 LCD 偏置器件中使用异步升压转换器的案例就是我所说的一个很好的例子。当升压转换器必须提供高输出电压、在低输入电压下工作、提供高升压比或支持高负载电流时，需使用多相位功能。相比单相位设计，多相位升压设计有多项优势，包括：提高效率、改善瞬态响应，以及降低输入和输出电容值（因为电感纹波电流，以及输入和输出电容中的纹波电流降低），使得整个升压转换器动力系统组件上的热应力降低。

设计多相位升压转换器时，简单之处在于连接输入电源和输出电轨，以减小输入/输出滤波器的尺寸，并且降低其成本。难点则在于连接误差放大器的输出和相位控制器的反馈引脚，以确保实现平衡均流和正确的相位同步。这两种信号对噪声极其敏感，即使采用非常精细的布局，也会受到升压转换器应用中典型的尖峰电流和电压变化影响。一些升压控制器具备多相位功能，可以解决此问题，但很多都没有。

TPS65150器件提供了一种非常紧凑和小型的电源解决方案，可以提供薄膜晶体管(TFT) LCD显示器所需的所有三个电压。该设备的输入电压范围为1.8 V至6 V，是2.5 V或3.3 V输入轨供电的笔记本电脑或5 V输入电压轨的监视器应用的理想选择。此外，TPS65150器件提供了一个集成的高电流缓冲器，为TFT背板提供VCOM电压。

两个调节可调电荷泵驱动器为TFT提供正V(VGH)和负V(VGL)偏置电压。该设备包括可调节的V(VGL)和V(VGH)上电顺序。这避免了任何额外的外部组件来实现特定于应用程序的排序。该设备有一个集成的高压开关来隔离V(VGH)。

同样的内部电路也可以用来为应用于CTRL输入的信号控制的LCD面板提供V(VGH)的门形信号。为了最高的安全性，TPS65150设备具有集成的可调关机锁存器功能，允许特定应用的灵活性。该设备监控输出(V(VS)， V(VGL)， V(VGH));而且，一旦其中一个输出低于其功率良好阈值，设备进入关机锁存器，在其可调延迟时间经过之后。

让我们从升压转换器的开关节点外观的基本理论开始。图 1 显示了异步升压转换器的基本结构。

图 1：简化的升压转换器框图

当晶体管 Q1 导通时，开关节点拉至地并且电感器 L1 充电。开关节点上的电压在导通期间大约等于 0V。在关断期间，Q1 关断，L1 向输出放电，开关节点上的电压等于输出电压 (V O ) 加上二极管 D1上的正向电压 (V F )。

图 2 显示了典型工作条件下的开关节点波形。正如预期的那样，开关节点上的电压是矩形的，并在地和 V O + V F之间交替。

图 2：开关节点波形

但在低输出电流条件下，开关节点波形形状发生变化，如图 3 所示。在关断时间开始时，开关节点电压为 V O + V F（如前所述），但随后呈线性下降. 是什么导致了这种行为，与基本理论有什么区别？

图 3：低输出电流下的开关节点波形

图 4 所示的内部框图揭示了倾斜波形的原因：一个额外的 PMOS 晶体管 (Q2) 连接在二极管整流器上。该晶体管是一个同步整流器，可让转换器在所有工作条件下以连续导通模式 (CCM) 工作。它在电感电流为负时打开，在所有其他时间关闭。因为不是主整流，Q2的Rds (on)可以比较高(几欧)，效率不会降低很多，但是高Rds (on)会导致负电感电流流过开关节点时产生压降通过这。并且由于电感电流呈线性增加，压降也随之增加，造成如图 3 所示的斜率。

图 4：显示同步整流器的内部框图

图 5 显示了电感电流和开关节点电压，并确认开关节点电压的斜坡在电感电流变为负值时开始，并随着电感电流的增加而增加。

图 5：开关节点电压和电感电流波形

请注意，对于所有低于临界导通点的输出电流，斜坡都会开始。我们可以使用公式 1 计算临界传导电流：

其中 D 是占空比（升压： ），L 是电感，是开关频率。