反相Buck-Boost电源阶段基本计算

"本应用报告主要介绍了反相Buck-Boost转换器功率级的基本计算方法，包括数值计算。它假设功率开关集成在IC内，整流由一个二极管完成（非同步功率级）。文档提供了选择外部电源组件如电感、二极管以及输入和输出电容所需的所有公式和考虑因素。同时，由于内部开关电流能力有限，还会提供一个评估，帮助判断负载电流是否满足IC规格。设计前提包括对基本功能的理解、连续传导模式（CCM）的考虑、大信号考虑和集成的考虑。" 在设计反相Buck-Boost转换器时，有几个关键的计算步骤和参数需要理解： 1. **电感(L1)**：电感值决定了转换器在连续传导模式（CCM）下的工作特性。电感值L1可以通过以下公式计算： \( L1 = \frac{V_{IN} - V_{OUT}}{I_O \cdot f_{SW} \cdot (1 - D)} \) 其中，\( V_{IN} \) 是输入电压，\( V_{OUT} \) 是输出电压，\( I_O \) 是输出电流，\( f_{SW} \) 是开关频率，\( D \) 是开关占空比。 2. **二极管(D1)**：二极管的选择需要考虑反向恢复时间和最大反向电流，以确保在开关瞬间能有效地进行整流。对于非同步Buck-Boost转换器，二极管必须能够承受峰值电流。 3. **输入电容(CI)**：输入电容用于稳定输入电压，减少纹波。其值通常通过以下公式计算： \( C_I = \frac{I_O \cdot T_{SW}}{\Delta V_{IN}} \) 其中，\( T_{SW} \) 是开关周期，\( \Delta V_{IN} \) 是允许的输入电压变化。 4. **输出电容(CO)**：输出电容用于稳定输出电压，同样需要根据负载条件和所需的纹波容忍度来选择。输出电容的计算涉及输出电流纹波和期望的电压稳定性。 5. **开关占空比(D)**：占空比是开关导通时间与整个开关周期的比例，它决定了转换器的工作模式。在Buck-Boost转换器中，占空比D小于0.5表示升压模式，大于0.5表示降压模式。 6. **开关频率(f(sw))**：开关频率决定了转换器的效率和尺寸，因为它影响了电感和电容的大小。更高的频率允许更小的电感和电容，但会增加开关损耗。 7. **电阻(RO)**：输出电阻通常用于计算转换器的负载调整率，它反映了输出电压随负载电流变化的敏感性。 在设计过程中，还需要考虑热管理，确保所有组件在工作时不会过热。这涉及到计算功耗、确定散热路径以及选择适当的封装和散热器。此外，还要进行瞬态分析，以确保在负载突变或电源电压变化时转换器能稳定工作。 最后，设计师需要评估IC的内部开关电流限制，确保负载电流不会超过IC的最大额定值。如果负载电流超出这个范围，可能需要考虑使用同步Buck-Boost转换器，或者选择具有更高电流承载能力的IC。 设计一个反相Buck-Boost转换器需要综合考虑多个因素，并进行精确的计算，以确保转换器在各种条件下都能高效、稳定地运行。