Boost电路学习笔记

Boost电路学习笔记

Boost电路基本框图：

图1.1

BOOST电路的基本工作方式：

。MOSFET Q导通时为电感采用恒频控制方式，占空比可调。Q导通时间为T

ON

充电过程，MOSFET Q关断时，为电感放电过程。

（1）MOSFETQ导通时，等效模型如图1.2。输入电压Vdc流过电感L。二极管D防止电容C对地放电。由于输入是直流电，所以电感L上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

图1.2

MOSFETQ关断时，等效模型如图1.3。由于电感L的电流不能突变的特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢由充电完毕时的值变为0。而原来的

电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感L开始给电容C充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。

图1.3

Boost电路波形分析：

图1.4

a I 大于0，BOOST 电路工作于连续模式，a I 等于0，BOOST 电路工作于不连续模式。BOOST 调整器最好工作于不连续模式。

MOSFETQ 导通时，V D 点接地，（假设MOSFET 导通，压降为0）电压为0V ，因

为输入电压恒定Vdc ,所以电感两端承受的电压为Vdc Vdc =-)0(为一个恒定值，因此流经电感的电流线性上升，其斜率为=∆∆t /I L /Vdc ,L 为电感量，此时电感内部的电流变化如图1.4（e ）所示的上升斜坡，而MOSFET 内部的电流如图1.4（c ）所示。

MOSFETQ 关断时，由于电感电流不能突变的特性，电感两端的电压极性颠倒，

看作一个电源，和输入电压Vdc极性一致，这样，电路相当于两个电源串联，流经二极管D，给电容C充电。

因为两个串联电源的总电压必然高于其中一个电源输入电压Vdc高，以此输出电压便会升高，且高于输入电压Vdc。

二极管的电流变化如图1.4（d），电感电流的变化如图1.4（e）

Boost电路三种工作模式：

Boost电路有三种工作模式：（取决有BOOST电路中电感的工作模式）

（1）：连续工作模式

（2）：临界工作模式

（3）：不连续工作模式

图（a）连续工作模式

图（b）临界工作模式

图（c）不连续工作模式

电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通时，电图（a）电感I

L

感电流并未下降为0V，为连续工作模式;

电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通时，电图（b）电感I

L

感电流恰好下降为0V，为临界工作模式;

图（c）电感I

电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通之前，

L

电感电流已经下降为0V，为不连续工作模式。

Boost电路开环仿真：

Boost电路开环仿真（连续工作模式）

连续工作模式波形图

临界工作模式电路图

临界工作状态波形

不连续工作模式电路图

不连续工作波形图

开环下输入输出波形图

闭环控制电路图

闭环控制输入输出波形图

参数具体计算

输入电压Vdc ，输出电压o V ，最大输出功率P(或者负载最大电流o I )，恒频模式f ，纹波电压Vrr 已知。

1、变压器电感的计算；

由前面分析，已知 BOOST 电路要工作于不连续模式，必须在一个周期结束前电感电流Q I 减小到0，可是设计电路时为了避免负载的波动进入连续模式，我们一

般提前20%T 的时间让电感电流

Q I 减小到0.如图1.11，均有20%的死区裕度。死区时间为dt T （dead time ）

当MOSFET 导通时，电感的电流线性上升，其斜率为=∆∆t /I L /Vdc ,L 为电感量，单位为H 。Vdc 单位V ，I ∆单位A

峰值为ON T L Vdc I =∆ (1.1)

电感储能为2

*21I L E ∆=

(1.2) 既然在一个周期结束前电感电流Q I 减小到0，一个周期内那么电感将储存的所

有能量都供给了负载，那么电感传输的能量为电感的功率L P ，T I L E P L 1**212∆== （1.3）

当MOSFET 关断时 ，由图1.3等效模型可知，在关断期间（ON

T T -）,输入电压Vdc 流经电感L 和二极管D ，以同样的电流E I （等于电感电流的有效值）给负载提供能量，

根据等面积法，电感电流的有效值为（有20% 的死区裕度） ON ON ON ON E T T T T I T T T T T I I --∆=---∆=08**21%20**21 （1.4）

T T T I Vdc P ON E Vdc 1*)(**21*-= (1.5) 那么输送到负载的总功率为

L Vdc P P P += 化简得：ON T L Vdc P **4.02= (1.6) 又因为T Vo Vdc Vo T ON 8.0*-=(留有20%的死区裕度) （1.7） 因为P ，Vdc ，Vo ，T （f ）已知，所以电感值为 ON T P Vdc L **4.02= （1.8）

2、MOSFET 的选取；

主要参数:(1)最大漏极源极电压（Drain-Source Voltage ）

(2)连续漏极电流（Continuous Drain Current ）

(3)导通内阻)(ON DS R （Static Drain-Source On-State Resistance ）尽可能小，减少损耗。

(1)最大漏极源极电压由BOOST 电路的输出电压o V 决定的；

(2)连续漏极电流由MOSFET 的工作峰值电流决定。由式（1.1）可知

ON T L Vdc I =∆ （3） 导通内阻)(ON DS R 是取决于选取的MOSFET 本身，与BOOST 电路无关，可以

通过查找芯片手册datasheet 中的)(ON DS R 。

3、二极管的选取；

主要参数:（1）反向重复峰值电压Vrrm （Repetitive peak reverse voltage ）；

（2）最大整流电流（平均值）O I （Maximum average forward rectified current ）

（3）反向恢复时间Trr （Reverse Recovery Time ）

（1）反向重复峰值电压Vrrm 由BOOST 电路的输出电压o V 决定的；

（2）最大整流电流（平均值）O I 由续流二极管的工作峰值电流决定，由图1.4（c ）（d ）可知，续流二极管的峰值电流和MOSFET 的工作峰值电流一致，计算方法一致，为ON T L Vdc I =∆

（3）反向恢复时间Trr 由续流二极管的工作频率f 决定。

4、输出电容的选取；

主要参数:（1）耐压值；（2）容值。

（1）耐压值由BOOST 电路的输出电压o V 决定的；

（2）容值根据设计要求的纹波电压Vrr 来确定。原理在BUCK 中已详细分析 。由式（1.1）可知

ON T L Vdc I =∆，再根据式（1.9）、（1.10）就可以计算出电解电容的C 。 I Vrr

R O ∆= （1.9） 再由F R C O O 6

10*50-=， （1.10）