boost电路参数设计详解

Boost电路参数设计

Boost 电路的原理图如下图所示

LD

Q?CR

当MOSFET开通时，电源给电感L充电，电感储能，电容放电。电感上的电流增加量（电感线圈未饱和时）为：

V in?DT?I?)L(?L TD为占空比，其中：为开关周期。当MOSFET关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为：V?V ino?(1?D)T?I?)L(?L电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即?I??I，于是整理可得：)?(LL(?)V1o?V1?D in D<1，所以0

电感电流非连续模式时，MOSFET开通状态下，电感电流的增值为：

V in?DT??I)?L(L MOSFET关断状态下，电感电流的下降值为：

V?V ino??DI?T2L?()L．

I?I??电感电流上升值等于下降值，即，整理得：)?L(L(?)VD?D o2?DV2in因为在此模式下电感电流是不连续的，所以每个周期电感电流都会下降至零。输出电流等于电感电流的

平均值，即V11o)DT(?I???2pk2RTII?)?Lpk(2D41?1?2L K?K V?V?由上式得，，

ion R?T2s由此可以看出，对于Boost电路，电感电流连续模式与电感电流非连续模式有很大的不同，非连续模式输出电压与输入

电压，电感，负载电阻，占空比还有开关频率都有关系。而连续模式输出电压的大小只取决于输入电压和占空比。

1．输出滤波电容的选择

在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。Boost电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。对于Boost电路，电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。电容的阻抗由三部分组成，即等效串联电感（ESL），等效串联电阻（ESR）和电容值（C）。

在电感电流连续模式中，电容的大小取决于输出电流、开关频率和期望的输出纹波。在MOSFET开通时，输出滤波电容提供整个负载电流。在Boost电路中，

为了满足期望的输出纹波电压，电容值可以按下式选取

I?D max o max?C f??V s I为最大的输出电流；其中：max o D为最大的占空比。max对电感电流非连续模式，电容为

2

L2)?(1I?max o Ts?R?CV?f?s，为了保证较小的纹波电压，必须要选择ESR在实际设计中，由于电容的更大容值的电容。在电感电流连续模式中，假设电容值足够大以至于可以忽略。就要有足够来限制输出的电压纹波。小的ESR V?o?ESR

II?max oL)?(2D1?max在电感电流非连续模式下：V?o?ESR I?L中会产生功率损耗，这个损耗会使电容内部的温ESR纹波电流通过电容的度上升。过度的温升会大大缩短电容的使用寿命。在不同的环境温度下，电容都有额定的纹波电流。通过电容的电流不能超过其额定值。通过输出电容电流的有效值为DI?I ocRMS D?1，和以及电容）的电容，限制引线线长度（PCBESL 可以通过选用低ESL 采用多个小电容并联的形式来控制它的大小。有三种低阻抗的电容，铝、有机半导体和固体钽电容都适合于一般低成本在较小的封装下可以提供更大的容量。的商业领域。低阻抗铝电解电容成本低，它可以比较大。有机半导体电解电容在工业电源中用的越来越普遍。但其ESR以及ESLESR和和比较大的容量。固体钽电容可以提供低的提供较小的ESR 比较大的容量。在开关电源中是比较理想的选择。在开关电源中，电感的作用是存储能量。电感的作用是维持一个恒定的电流，或者说，是限制电感中电流的变化。电路中，选择合适电感量通常用来限制流过它的纹波电流。电感Boost在电感量的大反比于电感量。MOSFET的纹波电流正比于输入电压和开通时间， 3

小决定了连续模式和非连续模式的工作点。

除了电感的感量外，选择电感还应注意它最大直流或者峰值电流，和最大的工作频率。电感电流超过了其额定电流或者工作频率超过了其最大工作频率，都会导致电感饱和及过热。

磁器件厂家提供了很多的电感都可用于DC/DC变换器。开关电源中最常用的磁心是铁氧体和电工铁。

由于电感绕线的直流电阻，电流通过时产生电感铜损。同时，由于电感的交流电流会导致磁通交变，产生磁损。功率损耗会引起电感的温度上升，过度的温升会使导线的绝缘降低。

Boost电路中，电感的损耗可以由下式计算，

2，P?IR?P corecuLinductor R为绕线电阻；其中：cu P为磁损，可以有磁心厂家的数据手册中查到。core在小功率的DC/DC变化中，Power MOSFET是最常用的功率开关。MOSFET的成本比较低，工作频率比较高。设计中选取MOSFET主要考虑到它的导通损耗和开关损耗。要求MOSFET要有足够低的导通电阻R和比较低的栅极DS(ON)电荷Qg。

MOSFET的耗散功率可以由下式计算，

II122onon PMOSFET?()?R?D??V?(t?t)?()?f?Q?V?f sogsrg)(DSonsf1?D21?D

选择续流二极管的重要的标准是：开通速度、击穿电压、额定电流、正向导通电压。开关电源中，通常选择低正向导通电压的肖特基二极管。

续流二极管的损耗计算：

P?V?I oDD

4