关于RT4813——Boost升压转换器的性能分析和应用

锂离子电池的可用电压范围一般位于2.5V~4.3V之间，磷酸铁锂离子电池的可用电压范围则要低些（2V~3.6V），如果采用2~3节碱性电池为应用供电，可用电压范围的最低端就可以延伸到大约1.8V，对于这些应用环境中的升压要求，RT4813可能就是最佳的选择之一：它的功能是升压，输入电压范围在1.8V~5.5V之间，输出电压范围也与此相同，而电流负载能力则确保其最大值至少为3.1A，这个数据是在3.6V转5V的情况下给出来的，相信可以满足很多应用的需求。

作为一款同步架构的Boost转换器，RT4813的应用电路非常简洁：

而丰富的特性则隐藏在此简单的表象之下，值得我们花些时间来对其进行解读。

RT4813的控制模式

RT4813的控制模式是CMCOT，换成中文来解释，意即“电流模式+COT模式”。

电流模式的特征是电感电流直接受到输出误差的控制，可以快速响应负载的电流需求变化，但是其响应过程需要受到固定时钟节拍的同步，这又降低了它的响应速度。

COT是“固定导通时间”的意思，转换器的开关导通时间是固定的，截止时间则随着负载的变化而变化，只要输出电压的反馈部分低于参考电压，一次新的导通过程就可马上发生，输出电压的下降可以得到及时弥补，响应速度非常快，适合快速变化的负载的需要，轻载的效率还很高。

CMCOT将这两种模式的特性结合在一起，好的地方得到加强，不足的地方得到弥补，只要输出电压低于设定电压，它对电感电流的要求就会提升；只要电感电流达不到要求的水平，新的导通过程就会及时发生，迅速把电感电流拉上去。如果一次导通过程还不够，短暂的截止时间以后又可开始第二次导通，直至满足负载需要为止。

RT4813的启动过程

Boost电路的启动过程是很难控制的，输入端和输出端间存在的压差会自然带来大电流冲击的结果，传统上来讲它是不可控的。

为了解决此问题，RT4813导入了线性限流措施，它会在Vout < Vin期间进入线性恒流状态，电流以受到限制的速度流到输出端，避免了输出电容自然充电所带来的大电流冲击，而且此电流的大小还是可以进行选择的，最大值为2A，最小值为0.5A，共有4个档位可选。

对输出端的线性充电过程以输出电压的升高为成功的标志，待两处电压基本相当以后，RT4813即可进入软起动状态，以适当的速度把输出电压提升到设定好的目标电压，然后转入正常的工作状态。如果线性充电过程不成功（这很有可能是由于比较重的负载的存在造成的），RT4813将自动加入一次更大电流的线性充电过程。如果第二次充电仍然不成功，RT4813就会进入故障保护状态，等待用户介入解决问题。

上述的线性充电过程和软启动过程都是有时间限制的，预设的目标必须在限定的时间内达成，超时以后就可以判定为故障了。关于这部分的做法，规格书用流程图对此进行了说明：

而进入哪种状态的判断指标则列入如下所示的表格中：

逐周期过流保护与输出平均电流限制

CMCOT控制架构的电流检测点是位于续流管中的，此信号既会进入控制回路中，也将被用作限流电路的输入信号，此电流的增大或是减小完全取决于主开关的导通次数或是其时长的变化。

无论是在软起动阶段还是正常的工作阶段，进入续流管中的电感电流都是有限制的，而软起动阶段的电流限制是可调的，正常工作阶段则是不可调的，它们的最大值是6A。

不同的应用对Boost转换器输出电流能力的要求是不同的。对于确定的应用，输出电流的上限可以被很明确地确定下来，如果实际的负载超出了这一限制，很有可能就是有问题发生了。想想那些和连接器端口连接在一起的转换器输出可能遇到的问题，你就能知道输出电流的限制有多重要了。所以，对于输出电流的大小最好是有一个限制，这样就可以避免不当状况的发生带来意外的问题。RT4813对输出电流的限制可以在550mA~3100mA之间进行调节，而这种限制是对电流平均的限制，瞬时发生的大电流不在此限制中，可以包容负载的突然变化。当RT4813的负载发生大的阶跃变化时，短时的过流情况也可能发生，这时需要考虑此机制对瞬态响应过程的影响。

RT4813的电磁兼容性改善措施

以开关切换模式工作的Boost转换器存在电磁辐射问题是必然的，它们的来源有两个：陡峭的电流、电压切换过程和反复出现的电流、电压脉冲。通过降低开关切换的速度可以降低前者的影响，但也同时导致功率损耗的加大。以固定的频率和占空比出现的电流、电压脉冲含有固定的频谱分布，辐射能量就会在固定的频点上集中。通过改变频率和占空比可将辐射能量的分布平均化，从而带来降低辐射水平的效果。

RT4813的开关驱动能力是可调的，其占空比也可以处于自动的微调状态中，因而可以达成降低辐射、频谱展宽的效果。下面的两幅图形是某测试板的展频模式未开时的辐射测试结果：

我们可以看到某些地方的数据是不太令人满意的，而下面两图的数据就得到了改善，这是展频模式开启以后的效果：

这些结果都是在输入电压为3.7V、负载功率为1W的条件下测得的。连续的两幅图形，前一幅为水平极化测试结果，后一幅为垂直极化测试结果。

在实际的应用中，不同的PCB布局可以导致完全不同的辐射测试结果，良好的设计对于降低辐射、缩短调测时间和成本都具有极其重要的作用，希望你能在实际的工作中把重点放在这样的地方。

RT4813的控制方法

前文中反复提及RT4813的很多参数、模式都是可以选择的，要想实现这些选择，你需要使用具有I2C接口的MCU与之连接才可进行。有了这个基础以后，你就可以将代表指令的数据写入其内部寄存器中了，器件此后的运作将在新的参数下进行。如果你没有做这些工作，RT4813也会运作，但是以预先设定的参数进行的，你可以在规格书中找到这些预设值，同时也能看到参数、模式的调节方法。

RT4813应用实例

上面的电路简图是一个案例，RT4813被加入由RT1711和RT9485组成的移动电源方案中（移动电源应用也正是设计RT4813的初始目标），为以RT9485为核心的移动电源增添了一个符合USB Type-C标准的双向接口，RT4813为其C型接口提供5V输出，RT1711则提供了完整的接口协议控制支持。我在过去的一年中一直使用这样的移动电源为我的出行服务，那是一台样机，但一直工作得非常好，下图是它实际的样子：

RT4813的供应状况

RT4813是已经量产的产品，你可以通过立锜的各大代理机构进行购买。如果有需要，你也可以通过网络进行采购，在目录经销商digi-key的网站（www.digikey.com）上可以立即下单。如果你想得到免费的样品，请登录立锜科技的官方网站www.richtek.com进行申请。