便携式电子产品要求尺寸小、重量轻，但其中电池占用的空间却相对较大，重量也较重。为了减少电池的数量，往往采用升压式DC/DC变换器作稳压电源。近年来，各大半导体器件生产厂家为满足这种要求开发出不少封装尺寸小、外围元器件少、静态电流小、转换效率高，并且有关闭电源控制端的升压式DC/DC变换器，既满足了便携式电子产品对尺寸、重量的要求，也延长了电池的使用寿命。
本文介绍一种既能输出5V固定电压，又可以外设两个电阻组成5.2～12V可调输出的升压式DC/DC变换电路。该电路的主要器件是型号为S43650的升压式DC/DC控制器。
S43650简介
S43650是S436XX系列中最常用的一种（另一种是S43612，输出固定电压12V）。该器件的主要特点是：用CMOS工艺制造，静态电流极小，典型值为5
μA；有关闭电源控制，在关状态时耗电小于0.2μA；启动电压低，空载时仅0.9V即可启动；贴片式SOT-89封装，尺寸小。另外，它可根据需要输出电流的大小选择合适的开关管，应用较为灵活。
5V固定输出的应用电路
利用S43650组成5V固定输出的电路如图2及图3所示。两图的差别仅仅是图2中采用双极型三极管作开关管，而图3中则采用了N沟道功率MOSFET作开关管，其他部分基本相同。
1. 工作原理
图3的电路可以简化成图4（a）。上电后，控制器向外接MOSFET栅极输出脉冲，如图4（d）所示。在t1期间，开关管VT导通；在t2期间，开关管VT截止。开关管导通时的电路如图4（c）所示：电池的正极经电感L、开关管（相当于开关闭合）VT，回到电池的负极，形成闭合回路，产生电流I\(_{L}\)，于是在电感中储存了磁场能量。开关管截止时，电路如图4（b）所示：电池的电压（E）与电感L上的感应电势U\(_{L}\)叠加，经二极管VD，并向输出电容C\(_{O}\)充电，则C\(_{O}\)两端的电压比电池电压要高（输出电压V\(_{OUT}\)就是C\(_{O}\)上的电压）。另外，V\(_{OUT}\)电压反馈到控制器，若负载电流或输入电压（电池电压）有变化，引起输出电压波动时，它的内部通过改变输出脉冲的宽度或脉冲的频率，使输出电压基本不变（或变化较小），达到稳压的目的。
在电感L上的感应电势U\(_{L}\)为：
U\(_{L}\)=Ldi/dt
由于开关管的工作频率较高，在电感上的感应电势峰值会比输入电压高很多，这样有可能使输出电压V\(_{OUT}\)比电池电压（输入电压）高几倍。
2. 电路实验
按图3的电路进行了实验。为了方便地实现输入电压变化对输出电流的影响。实验时采用0～30V可调直流稳压电源来代替电池。（输入电压为2.5V～
3.6V），允差在4%之内，其结果如下V\(_{IN}\)=3.6V时，I\(_{O}\)可超过400mA；V\(_{IN}\)=3.0V时，I\(_{O}\)可达350mA；V\(_{IN}\)=2.5V时，I\(_{O}\)可达300mA；V\(_{IN}\)=2.0V时，输出仍可达150mA。
实验还得出如下结果：在输入电压不变及输出电压精度不变的条件下，输出电容C\(_{O}\)容量用得大一些，允许输出的电流也大一些。例如，C\(_{O}\)=33μF时，输出电流小于200mA；C\(_{O}\)=100μF时，输出电流可大于400mA。
按效率η=[（V\(_{OUT}\)×I\(_{OUT}\)）/（V\(_{IN}\)×I\(_{IN}\)]×100%计算，实验电路的效率为65%～70%。
3. 元器件选择
（1） 开关管的选择
开关管通过的电流I\(_{L}\)与时间t的关系如图5所示。其峰值电流I\(_{pk}\)与输出电流I\(_{O}\)相差较大。在占空比为60%时，I\(_{pk}\)=（4～5）I\(_{O}\)，所以在选择开关管时要注意这一点：三极管的I\(_{CM}\)≥5I\(_{O}\)；场效应管的I\(_{D}\)≥5I\(_{O}\)。
为提高转换效率，减少在开关管上的损耗，三极管应选取饱和管压降小的管子（即V\(_{CE（sat）}\)小）；场效应管应选取导通电阻R\(_{DS}\)小的管子；管子的截止频率要高于开关管的工作频率。
图2、3中的开关管为2SC3074及IRF110，其基本参数为：2SC3074的耐压50V；I\(_{CM}\)5A；V\(_{CE（sat）}\)0.4V。IRF110的V\(_{BR（DSS）}\)=60V；R\(_{DS（ON）}\)=60Ω；I\(_{D}\)=2A。它们的引脚排列如图6所示。
（2） 电感L的选择
电感L的大小与输出电流有关，可以根据要求输出的电流作适当的调整（输出电流大，电感值小一些）。新选择的电感应保证在I\(_{pk}\)值时不饱和。另外，应采用直流电阻小的电感（直流电阻小于0.1Ω）。可选用“工”字形磁芯的电感，电感的磁芯要满足50kHz的工作频率。
电感值有标准值，如22μH、33μH、47μH、56μH、68μH、100μH等，尽可能选用标准值的电感。采用贴片式电感可缩小升压式电源尺寸。
（3） 输出电容C\(_{O}\)的选择
输出电容C\(_{O}\)一般取47～100μF，其耐压应高于输出电压。并且要选择等效串联电阻（ESR）小的电容。一般普通的铝电解电容的ESR值较高，钽电解电容的ESR较小，有机半导体铝固体电解电容及多层陶瓷电容则最小。采用一个低ESR电容并联也可有效地降低ESR。
ESR与输出纹波电压V\(_{rip（p}\)-p）有关，输出纹波电压与ESR的关系为：
V\(_{rip（p}\)-p）=I\(_{pk}\)[（1/8f\(_{c}\)×CO）\(^{2}\)+（ESR）\(^{2}\)]\(\frac{^{1}}{2}\)
式中I\(_{pk}\)为电感中的峰值电流；f\(_{c}\)为振荡器工作频率；C\(_{O}\)为输出电容。
由上式可以看出，增加输出电容容量对减少纹波电压也有好处。
（4） 二极管的选择
为减少在二极管上的损耗，应采用肖特基二极管（V\(_{F}\)≈0.3V），开关速度优于50ns；其反向电压应大于V\(_{OUT}\)+V\(_{F}\)，其额定电流应大于I\(_{pk}\)。
（金名）