升壓轉換器計算器：DC-DC 升壓設計
計算升壓轉換器電路設計中的占空比、電感電流、輸入電流與效率。
輸入輸入電壓、輸出電壓、切換頻率、電感值與負載電流，即可設計你的 DC-DC 升壓轉換器。
升壓轉換器計算器：DC-DC 升壓設計
計算升壓轉換器電路設計中的占空比、電感電流、輸入電流與效率。
關於升壓轉換器計算器
升壓轉換器，也稱為升壓型轉換器，是一種 DC-DC 切換式電源拓撲，可產生高於輸入電壓的輸出電壓。它是電力電子中三種基礎非隔離轉換器拓撲之一，另外兩種是降壓（buck）與升降壓（buck-boost）轉換器。升壓轉換器廣泛用於電池供電裝置、LED 驅動器、車用電子、太陽能系統，以及任何供應電壓低於負載需求電壓的應用。
基本的升壓轉換器由電感、開關（通常是 MOSFET）、二極體、輸出電容與控制電路組成。在開關導通期間（持續時間為 D×T_s，其中 D 為占空比，T_s = 1/f 為切換週期），電流在電感中建立，並以磁場形式儲存能量。在關斷期間（(1−D)×T_s），開關斷開，電感透過二極體將儲存的能量釋放到輸出電容與負載中，將電壓提升到高於輸入電壓的水準。
在連續導通模式（CCM）下，電感電流始終不會降為零，理想電壓轉換比為 Vout/Vin = 1/(1−D)。整理可得占空比 D = 1 − Vin/Vout。例如，將 3.7 V 升壓到 5 V 時，占空比為 1 − 3.7/5 = 0.26，也就是 26%。由於隨著轉換比增加，占空比會趨近 1，因此過高的轉換比會因開關時序限制與導通損耗增加而變得不切實際。
電感電流紋波 ΔIL = Vin × D / (L × f) 決定了電感電流圍繞平均值振盪的幅度。更大的電感 L 或更高的切換頻率 f 會降低紋波，進而提升效率並減少輸出電壓紋波。峰值電感電流 IL_peak = Iin + ΔIL/2 不能超過電感的飽和電流額定值。在理想無損轉換器中，輸入功率 Pin = Vin × Iin 等於輸出功率 Pout = Vout × Iout，因此平均輸入電流為 Iin = Pout/Vin。
真實轉換器會因 MOSFET 導通電阻、二極體正向壓降、電感串聯電阻與切換損耗而產生損失，因此實際效率 η < 100%。本計算器假設理想元件；如需估算真實情況，可將理想輸入電流乘以 1/η。
此工具對電力電子工程師、愛好者與學生都很重要，可用於設計電池管理、物聯網裝置、LED 照明或再生能源應用中的升壓轉換器電路。
升壓轉換器設計範例
展示升壓轉換器參數計算的實際情境。
| tool.boost-converter-calculator.examples.colInput | 關鍵結果 | 應用 |
|---|---|---|
| Vin = 3.7 V, Vout = 5 V, f = 500 kHz, L = 47 µH, Iout = 0.5 A | D = 26%, ΔIL ≈ 0.041 A, Iin ≈ 0.676 A | 鋰離子電池升壓至 USB 5 V。較低占空比與較高頻率可維持較小紋波。 |
| Vin = 12 V, Vout = 24 V, f = 100 kHz, L = 100 µH, Iout = 2 A | D = 50%, ΔIL ≈ 0.6 A, Iin ≈ 4 A | 12 V 升至 24 V 的車用轉換。對許多控制器而言，50% 占空比是實務上的上限。 |
| Vin = 8 V, Vout = 18 V, f = 200 kHz, L = 68 µH, Iout = 1.5 A | D ≈ 55.6%, ΔIL ≈ 0.327 A, Iin ≈ 3.375 A | 太陽能 MPPT 應用。輸出追蹤匯流排電壓，而輸入跟隨面板的最大功率點電壓。 |
| Vin = 5 V, Vout = 36 V, f = 300 kHz, L = 33 µH, Iout = 0.3 A | D ≈ 86.1%, ΔIL ≈ 0.435 A, Iin ≈ 2.16 A | 高亮度 LED 驅動器。占空比非常高；在此轉換比下，降額與 PCB 佈局至關重要。 |
如何使用升壓轉換器計算器
- 輸入輸入電壓 (Vin)——來自電池或電源的直流供應電壓。
- 輸入輸出電壓 (Vout)——所需輸出；對升壓拓撲而言必須大於 Vin。
- 輸入切換頻率 (f)，單位為 Hz——頻率越高，電感可以越小，但切換損耗也會增加。
- 為你的電路設計輸入電感值 (L)，單位為亨利，以及負載電流 (Iout)，單位為安培。
- 點擊計算，即可查看占空比、電感紋波電流、峰值電感電流以及輸入/輸出功率。
升壓轉換器常見問題
升壓轉換器中的占空比是什麼？
占空比 D 是 MOSFET 在每個切換週期內導通的時間比例。對理想升壓轉換器而言，D = 1 − Vin/Vout。例如，將 5 V 升壓到 12 V 時，D = 1 − 5/12 ≈ 58.3%。占空比越高，代表電壓升壓比越大。
什麼是電感電流紋波，為什麼它很重要？
電感電流紋波 ΔIL 是每個切換週期中流過電感電流的峰對峰變化。紋波過大可能導致電感飽和、增加磁芯損耗，並放大輸出電壓紋波。設計時通常會透過選擇適當的 L 與 f，將紋波控制在平均電感電流的 20–30% 以下。
什麼是連續導通模式（CCM）？
在 CCM 中，電感電流在整個切換週期內不會降為零。升壓轉換公式 Vout = Vin/(1−D) 適用於 CCM。在低於臨界負載電流時，轉換器會進入斷續導通模式（DCM），此時電流會在週期的一部分時間降為零，而電壓轉換比也會改變。本計算器假設處於 CCM。
如何為升壓轉換器選擇電感值？
應選擇電感，使電流紋波 ΔIL 保持在平均輸入電流的 20–30% 以內：L = Vin × D / (ΔIL × f)。更大的 L 可降低紋波，但會增加體積與成本。務必確認峰值電感電流（Iin + ΔIL/2）低於電感的飽和電流規格，並保留一些裕量。
為什麼升壓轉換器效率低於 100%？
真實升壓轉換器會在 MOSFET 導通電阻（I²R 損耗）、MOSFET 切換過渡、二極體正向壓降、電感銅損與磁芯損耗，以及閘極驅動功耗中損失能量。典型效率會因工作點不同而落在 85% 到 97% 之間。使用同步整流（以第二顆 MOSFET 取代二極體）可回收大部分二極體損耗。
最大實際占空比是多少？
多數升壓控制器 IC 會將最大占空比限制在約 80–95%，以確保開關有足夠時間關斷並讓電感完成能量傳輸。非常高的占空比（接近 1）也會放大元件公差，並讓轉換器對擾動更敏感。實務上，升壓轉換器很少用於超過 10:1 的電壓比。