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ZHCABO4 March 2022 TPS629210 , TPS629210-Q1

1.2 輸出電流計(jì)算

在此拓?fù)渲校骄姼须娏魇艿接绊?。在降壓配置中，平均電感電流等于平均輸出電流，因?yàn)殡姼锌偸窃诳刂?MOSFET 的導(dǎo)通和關(guān)斷期間為負(fù)載提供電流。而在反相降壓/升壓配置中，負(fù)載僅由輸出電容器提供電流，并且在控制 MOSFET 導(dǎo)通期間與電感器完全斷開(kāi)。在關(guān)斷期間，電感連接到輸出電容和負(fù)載（見(jiàn)圖 1-3）。知道關(guān)斷時(shí)間是開(kāi)關(guān)周期的 1-D，那么平均電感電流為：

Equation1.

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

典型降壓轉(zhuǎn)換器的占空比只是 V_OUT/V_IN，但反相降壓/升壓轉(zhuǎn)換器的占空比變?yōu)椋?/p>

Equation2.

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

Equation2 中的效率項(xiàng)會(huì)調(diào)整本節(jié)中的功率轉(zhuǎn)換損耗公式，并產(chǎn)生更準(zhǔn)確的最大輸出電流結(jié)果。其中 V_OUT 為負(fù)值。峰峰值電感紋波電流可使用以下公式計(jì)算：

Equation3.

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

其中，

?I_L (A)：電感器峰峰值紋波電流

D：占空比

η：效率

f_S (MHz)：開(kāi)關(guān)頻率

L (μH)：電感

V_IN (V)：相對(duì)于接地（而非 IC 接地或 -V_OUT）的輸入電壓。

最終，電感器最大電流變?yōu)椋?/p>

Equation4.

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

對(duì)于 –3.3V 的輸出電壓、2.5MHz 的開(kāi)關(guān)頻率、2.2μH 的電感器和 12V 的輸入電壓，根據(jù) TPS629210-Q1 的 1.3A 最小電流限制 (I_LIM)，以下計(jì)算得出可提供的最大允許輸出電流。效率項(xiàng)估計(jì)為 85%。

Equation5.

D = \frac{V_{O U T}}{V_{O U T} - V_{I N}} x \frac{1}{?} = \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 并將 I_L(max) 設(shè)置為數(shù)據(jù)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 中使用該結(jié)果來(lái)計(jì)算可實(shí)現(xiàn)的最大輸出電流：

Equation8.

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

表 1-1 提供了不同輸出電壓（–5V、–3.3V 和 –1.2V）的計(jì)算得出的最大輸出電流的幾個(gè)示例，分別基于 2.2μH 和 3.3μH 的電感值和 2.5MHz 開(kāi)關(guān)頻率。增加電感和/或輸入電壓可在反相降壓/升壓拓?fù)渲袑?shí)現(xiàn)更高的輸出電流。由于平均電感器電流高于典型降壓型拓?fù)?，所?TPS629210-Q1 在反相降壓/升壓拓?fù)渲械淖畲筝敵鲭娏魍ǔ５陀?1A。相同的三個(gè)輸出電壓和不同輸入電壓的輸出電流如圖 1-4 所示。

表 1-1 不同 V_IN、V_OUT 和電感值的最大輸出電流計(jì)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

圖 1-4 最大輸出電流與輸入電壓間的關(guān)系