第三节：升压转换器（Boost）原理
好，咱们今天聊聊Boost电路。说实话，在医疗贴片这个领域，Boost用的比Buck还多。为什么？因为很多生物传感器需要3.3V甚至5V供电，而咱们的电池往往只有1.5V或者3V。电压不够怎么办？升压呗。
我刚开始做贴片电源时，总觉得Boost比Buck难搞。后来发现，只要把电感储能这件事想明白了，剩下的都是水到渠成。
3.1 电感储能：Boost的核心秘密
Boost能升压，靠的就是电感。电感这东西，说白了就是个能量搬运工。
咱们看一个典型的Boost拓扑：
Vin --- L --- D --- Vout
|
Q
|
GND工作过程分两步：
- 开关导通时：电感两端直接接Vin和GND，电流线性上升，电感储存能量。这时候负载靠输出电容撑着。
- 开关断开时：电感电流不能突变，它会通过二极管继续流，但这时候电流路径上多了输出电容和负载。电感电压反向，叠加在Vin上，形成比Vin更高的输出电压。
嗯，这里有个关键点：电感储能的大小，直接决定了你能升多高的电压。我在一个项目中遇到过，客户要求从3V升到12V，我选了个小电感，结果满载时电压死活上不去。后来换了感值大一点的，问题就解决了。
核心公式：电感储能 E = ½ × L × I²
L是电感值，I是峰值电流。储能不够，升压就虚。
3.2 开关频率：选高了还是选低了？
开关频率这个参数，我个人的习惯是：先看负载，再看体积。
频率高了有什么好处？
- 电感可以选小一点，体积小，适合贴片
- 输出纹波小，对ADC采样友好
但频率高了也有代价：
- 开关损耗增加，效率下降
- EMI问题更突出
医疗贴片常用的频率范围是1MHz到3MHz。为什么是这个范围？你想想看，贴片空间就那么点，电感不能太大，但频率太高了热管理又麻烦。1MHz到3MHz是个折中。
我记得有一次做心电贴片，选了2.2MHz的开关频率。电感用4.7μH，体积只有0603封装，效果还不错。
3.3 占空比计算：别被公式吓到
Boost的占空比计算其实很简单。在连续导通模式下：
Vout = Vin / (1 - D)其中D是占空比。整理一下：
D = 1 - Vin / Vout举个例子：Vin=3V，Vout=5V，那么D = 1 - 3/5 = 0.4，也就是40%。
但这里有个坑——实际占空比会比理论值大一点。为什么？因为二极管有压降，电感有直流电阻，开关管有导通电阻。这些都会吃掉一部分电压。
避坑指南：我曾经在一个项目中，按理论占空比40%设计，结果输出电压只有4.6V。后来加了5%的余量，把占空比调到42%，才稳定在5V。所以，实际设计时建议把占空比上限留10%的余量。
3.4 效率曲线：别只看峰值
Boost的效率曲线，我建议你重点关注三个点：
- 轻载效率（1mA-10mA）：医疗贴片大部分时间处于这个区间
- 中载效率（10mA-50mA）：传感器工作时
- 重载效率（50mA以上）：无线传输时
典型的Boost效率曲线是这样的：
| 负载电流 | 效率（典型值） | 说明 |
|---|---|---|
| 1mA | 70%-80% | 轻载，静态损耗占主导 |
| 10mA | 85%-90% | 中等负载，效率开始上升 |
| 50mA | 90%-93% | 峰值效率区间 |
| 100mA | 85%-88% | 重载，导通损耗增加 |
你看，峰值效率在50mA左右，但贴片大部分时间工作在1mA以下。所以，轻载效率才是关键。
3.5 轻载模式：省电的关键
说到轻载模式，这是医疗贴片电源管理的精髓。
传统的PWM模式，不管负载多轻，开关频率都固定。轻载时，开关损耗占比很大，效率就掉得厉害。怎么办？
现代Boost芯片引入了两种轻载模式：
- PFM（脉冲频率调制）：负载轻时，降低开关频率，减少开关次数
- Burst Mode（突发模式）：负载极轻时，让芯片间歇工作，其他时间休眠
我个人的经验是：PFM适合1mA-10mA的区间，Burst Mode适合1mA以下。
小技巧：如果你用的Boost芯片支持自动切换模式，记得把切换阈值设好。我曾经在一个项目中，阈值设得太低，导致芯片在PFM和PWM之间频繁切换，输出纹波反而变大了。后来把阈值调到5mA，问题解决。
轻载模式下，输出纹波会变大。这是正常的，因为开关频率降低了，输出电容的充放电周期变长。但医疗贴片对纹波的要求通常不高（几十mV以内），所以问题不大。
嗯，Boost的内容差不多就这些。总结一下：电感储能是根本，开关频率看应用，占空比留余量，效率曲线看轻载，轻载模式省电是关键。下一节咱们聊Buck-Boost，那个更灵活，但也更复杂。