Boost变换器设计公式

电流连续时Boost变换器设计公式Guojiyan,2013-3-9

目录

一．电流连续时Boost变换器设计公式 (3)

1.原理图及曲线、波形 (3)

1.1原理图 (3)

1.2磁滞曲线和电流波形 (3)

2.变换器的效率 (4)

3.输入输出电压关系 (4)

4.输出电容选择 (5)

5.储能电感选择 (5)

5.1 电感量选择 (5)

5.2 电感峰值电流计算 (5)

5.3 电感平均电流计算 (6)

6.功率开关管的选择 (6)

6.1功率开关管耐压选择 (6)

6.2功率开关管损耗选择 (6)

6.3功率开关管峰值电流选择 (6)

7.二极管的选择 (6)

7.1二极管耐压选择 (6)

7.2二极管功率选择 (6)

7.3二极管峰值电流选择 (6)

一．电流连续时Boost变换器设计公式

1.原理图及曲线、波形

1.1原理图

图1 Boost电路原理

1.2磁滞曲线和电流波形

电感铁心磁滞曲线如下：

2.当1V 管导通时，功率开关管饱和压降为1V ，在截止期间，二极管1VD 压降为1V ，输入电流即电感电流在on t 期间流过开关管，在of f t 期间流过1VD ，这样内部损耗为：1⨯L I ，故效率为：1

'⨯+==

L o o o

o i o I I V I V P P η (1) 由于off

o L t T

I I =

(2)， 解释：在一个周期内输出电荷等于开关关断时电感电流输出电荷 所以上式可改为：1

'+=

+

==

in in

off

o o i

o

V V t T V V P P η (3) 这只是考虑变换器功率开关管直流损耗的情况，当考虑功率开关管在开关转换期间电压电流重叠的交流开关损耗，以及二极管反向恢复损耗时，可近似认为交流损耗与直流损耗相当，交流损耗也是1⨯L I ，这样效率近视为：

22

2

+=

⨯+=

⨯+=

in in

off

o o L o o o

o V V t T V V I I V I V η (4) 此外还要考虑电感损耗和电容损耗。 3.输入输出电压关系

在电感电流连续时，由图4可知，开关导通时电感电流的增量等于开关关断时电感电流减量，即1

1)(L t V V L t V I off

i o on in -=

=

∆ (5)

变换得：D

V t T T V t T V t t t V V in

on in off in

off

off

on in

o -=-==+=11

(6) 其中：T t D on =(7) 由上式可知，当改变占空比D 时，就能获得所需的上升的电压值，由于占空比D 总是小于1，所以输出电压o V 总是大于输入电压in V 。 4.输出电容选择

Boost 电路达到稳态后，输出电压稳定在所设定的输出恒压值o V 上，只要选择适当的电容C ，则输出纹波可做的足够小，当输出电压纹波为o U ∆，直流输出电流为o I 时，由于管子导通期间全部负载都由C 供电，因此电容C 的选择取决于下式：o

on

o V t I C ∆=

(8) 由(6)式可求出o in o on V T V V t )(-=

(9)，带入上式得f

V V V V I C o o in o o ∆-=)

((10) 5.储能电感选择

5.1 电感量选择 由公式(6)可知：o

in o on V T

V V t )(-=

(11) 设dc I I

∆=

δ(12)，根据公式(5)得：I

t V L on in ∆=1(13)，将(11) (12)带入(13)得f

V I V V V I t V I t V L o dc in o in dc on in on in δδ)(1-==∆=

(14)， 由(14)式知：当输入电压是输出电压的1/2时，计算出的电感量最大 根据能量守恒知输入功率等于输出功率，即o o dc in I V I V =η，故有in

o

o dc V I V I η=

(15) 将(15) 带入(14)得， f

I V V V V f V I V V V L o o in o in o dc in o in 2

2

1)

()(δηδ-=-=(16) 5.2 电感峰值电流计算

电感的峰值电流为：2

I

I I dc Lpk ∆+

=，将(12)式代入上式得：dc dc

dc Lpk I I I I )2

1(2δ

δ+=+

=

将(15)式代入上式得：in

o o Lpk V I

V I ηδ)21(+= (17)

5.3 电感平均电流计算 根据式(15)计算得出

6.功率开关管的选择

6.1功率开关管耐压选择

功率开关管1V 上承受的最大电压是o V ，考虑电感的反峰尖刺等因素，一般选取管子时，电压留0.6-1倍的余量，即：o V )16.0(- 6.2功率开关管损耗选择 功率开关管直流损耗：T

V t V I V P i on

ces o o z =

，假设开关损耗等于直流损耗，则

功率开关管总损耗为：T

V t V I V P P P i on

ces o o j z V 21=

+= (18)

6.3功率开关管峰值电流选择

功率开关管峰值电流等于电感上的峰值电流，根据(17)式计算。 7.二极管的选择

7.1二极管耐压选择

二极管1VD 上承受的电压是o V ，电压留0.6-1倍的余量，即：o V )16.0(- 7.2二极管功率选择

在功率开关管截止期间，二极管1VD 导通，流过的电流为L I ，L I 的平均值为dc I ，则二极管的功率为：T

t I V P off

dc VD z VD 11=

(19)

考虑反向恢复损耗，并将(15)代入(19)得：T

V t I V V P in off

o o VD z VD η112=

(20)

其中1VD V 为二极管正向导通压降。

7.3二极管峰值电流选择

二极管峰值电流等于电感上的峰值电流，根据(17)式计算。