BOOST电路
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常用二极管：普通1N400X、1N540X；快速（超快）FR、HER、UF、SF等系列；肖特基SB、SR、1N58XX
普通整流二极管 >1V
3、Boost稳压控制原理
造成输出电压不稳的原因 解决输出电压不稳的思路 输入电压不稳 负载变化 元件参数漂移 外界干扰 实时临视输出电压，根据其变化反方向调节占空比
I L _ max I L _ avg I L _ min D D1 t1 t 2
（D1随电流而变）
电感电流平均值等于输出电流平均值
UO 1 1 ( I pek D1 T ) R T 2
T
提示：CCM与DCM模式Uo是不同的!
UO
4D 2 1 1 K , U in 2
C I O _ max Dmax f sw V
（其中：I O _ max 为最大输出电流， Dmax 为最大占空比）
6、若满载时设计为DCM模式，电容的容量计算公式
I O _ max (1 C
2L ) R TS （其中：TS 为电感电流为0的时长， V 为输出电压纹波） f sw V （其中： R 为负载电阻， f sw 为开关频率）
检测输出 电压是否 有波动
调节占空比，反方 向调节输出电压， 达到动态稳定
分析电压 波动方向
提示：3个环节：检测、分析、调节。
稳压控制的实施
检测
采样电压与输 出电压成正比
Gnd
分析 输出电压波动 的方向和大小 （放大以提高 调节的灵敏度）
调节 PWM比较器输出方波 （并调节占空比） 例：Uo升高时，Ue减小,占空比D减小，U O U in
输出电流 开关频率 解：L
5V (10%) 12V
1A
50 kHz
5.5 (12 5.5) 30 H 3 2 112 50 10
UL L L L
I t
Ton D
D f sw
U L t I U in Ton I
U O U in UO
此值为按BCM（临界模式）计算的 最小电感量，应选择比这个值更 大才能保证满载时工作在CCM模式
（伏秒平衡）
Ton 1 （D<1,升压） ) U in Toff 1 D
电流急剧上升，烧元件 大小 负载电流Io 电感量L 纹波
斜率 输入输出电压D
提示：Boost电感电流过大，或开关导通时间过长或截止时间过长，电感都有可能饱和。
电感电流模式
问题 1、BOOST电感电流是否只能是连续的（即CCM模式）？ 2、有没有可能进入DCM模式？在什么情况下可能进入DCM模式？ 高 低
1 1 D
Uo下降
提示：记住3个环节的元件。思考：试分析 Uin 降低时，Uo、Usam、Ue、D 的变化过程。
PWM比较器
同相输入端 反相输入端
U o (U U ) G
G为开环放大倍数
例：G=100dB（105倍），U-=5V，U+=5.01V，试算Uo？
V 解： Uo (5.001 5) 105 100
I L _ max I L _ avg I L _ min
Ton
T
参考地 讨论 开关无论是闭合还是断开，L都有电流吗？ 闭合时，电流上升，储能 U L U in 断开时，电流下降，放能 U L U O U in 能量放完，电流应该为0，此时 U L 0 D阳极对地电压为 U in 阴极对地电压为U O
<4>二极管的选择
正向偏置
ID
+
P区
内电场
N区
从t 0开始反向偏置
IF
trr
t 0 t1
t2
反向恢复时间
t
I rr
-
+
反向偏置
t3
I rm
P型与N型半导体接触，电荷扩散漂 移达到平衡，产生内电场（ PN结）， 正偏时，外电场与内电场反向，内 阻止电荷继续扩散 电场削弱，加速电荷扩散（导通） 反偏时，外电场与内电场同向，内 电场加强，阻止电荷扩散（截止） 正偏切换至反偏时，内电场逐渐加 强，需要一定的时间才达到截止状 态，期间二极管处于反向导通状态
滤波电容的选择 （1）选择ESR小的聚合物、钽电解电容 （2）选择高频低阻的铝电解电容 （3）选择容量更大的普通电解电容
铝电解电容使 用注意事项
使用不当， 会爆炸！
防爆槽
（1）选用高频低阻 （2）耐压足够高 （3）极性不能接反 （4）远离热源 （5）防爆槽不对人
<3>功率开关管的选择
功率开关管的选择依据 1、中小功率DC/DC变换中，Power MOSFET（场效应管）是最常用的功率开关 2、MOSFET（场效应管）成本低、工作频率高 3、设计中主要考虑它的导通损耗和开关损耗 4、要求有足够低的导通电阻（RDS(ON)）和比较低的栅极电苛（Qg） 5、MOSFET的耗散功率可以由下式计算 I I 1 PMOSFET ( on ) 2 RDS ( on ) D VO (t r t f ) ( on ) 2 f s Qg Vgs f s 1 D 2 1 D 6、开关断开时，承受电压约等于Uo 因此DS间的击穿电压必须大于Uo 7、开关导通时，流过电流为电感电流， 但由于MOSFET的额定电流越大导通 电阻越小，因此在条件允许时可选 额定电流大一点的MOSFET(数倍Io）
思考 若该电压比较器的工作电压Vcc=12V，上述结果是否合理？ （NO）
结论
U U Uo 趋向电源电压上限（高电平） U U Uo 趋向电源电压下限（低电平）
提示：电压比较器为开环放大器，输出只有高低电平两种结果之一。
误差放大器
实质是负反馈放大器
（从输出端取一部分信号反馈到反相输入端，以减小放大倍数） （实现有限的、可控的放大） 输出电压 （由KCL、虚断、虚短得）
保证电路在额定条 件下能正常工作 !
<1>电感计算与选择
电感计算的依据 1、在满载时，工作模式选CCM，还是选DCM（工作点） 2、纹波电流选多大（纹波电流与电感量成反比） 1.1 根据使用的控制器（IC）的要求
I L _ max I L _ avg I L _ min
Ton
T
1.2 根据空间体积要求 1.3 一般情况下选择CCM较好 原因：减小电流纹波、降低峰值、减小 对开关管的冲击；有利于减小电磁干扰； 有利于减小输出电压纹波 2.1 一般可以选电流纹波不超过输出电流的30% 原因：此时算出的电感量比较大，负载 电流减小到一定程度才进入DCM模式
XC 1 1 0.032 2fC 2 3.14 50103 100106
100F / 50V
48 24V / 0.5 A
（2）频率为50kHz，有效值为0.5A的脉动电流流过 它产生的压降（即纹波电压） UC 0.5 0.032 0.016 V （3）假设某品牌100uF/50V的电解电容的ESR为0.33 欧，则仅ESR就使输出电压纹波增加了10倍
K
2L RTS
2、BOOST电路基本参数
输入输出 输入电压范围、输出电压、 输出电流、输出电压纹波 工作过程 开关频率、电感电流模式 及其工作点（即在何时工 作在哪种模式CCM/DCM？）
元件参数
（2个储能元件 + 2个半导体开关）
电感 1、若满载时，工作在CCM模式，负载减轻时，逐渐进入DCM模式 （与电压无关） 2、若满载时，工作在DCM模式 （体积较小，纹波较大，通过电容来弥补） 电容 在额定输出电流条件下保证输出电压纹波符合指标要求（宜大不宜小） 开关 额定电压、电流和功耗在安全范围，并考虑尽量小的导通损耗和开关损耗 续流二极管 目标 开通速度、击穿电压、额定电流和正向压降 额定条件：输入电压范围、最大输出电流（额定电流） 正常工作：各元件安全（电压、电流、功耗不超负苛） 输出电压正确、纹波不超标。
Ton
负载电流较大（CCM）
I L _ max I L _ avg I L _ min
T
2.2 也可以选电流纹波等于输出电流的2倍 原因：此时算出的电感量为BCM（临界导 电）模式，选择大一点的电感值就是CCM 模式了，负载减小时容易进入DCM
负载电流减小必定进入DCM
<1>电感计算与选择举例
例：输入电压 输出电压
L _ max
N N U L t（电磁感应定律） t
磁通达到极限，不再增加
( N ) ( N ) sw _ on sw _ off （能量守恒）
t 变为导线一条（R很小）
Ton
T
Uin Ton (UO Uin ) Toff
U O U in (1
问题
CCM模式下 U O U in
1 1 D
开关导通状态下，电感电流上升
I L ( ) U in D T L
U O U in D1 T L
DCM模式下，该式是否成立？
开关断开状态下，电感电流下降
I L ( )
电感电流上升值与下降值相等
UO D D1 U in D1
开关电源入门到精通（实战篇）
3、BOOST实战教程
1、Boost变换原理
i
I L _ max I L _ avg I L _ min
Ton
t
T
U L _ on Uin
UL
U L _ off UO Uin （KVL）
（假设电感流是连续的） i 磁饱和 I
I L _ avg 感生电动势（UL）变为0 I L _ min
几种类型二极管的反向恢复时间 普通整流二极管 >1000 ns 快恢复二极管（100，1000）ns 超快恢复二极管（10，100）ns 肖特基二极管 <10 ns
提示：开关电源要根据开关频率选择反向恢复时间较短的快速二极管
二极管其他参数
1、二极管也是工作在开关状态，当MOSFET导通时二极管截止，反向电压等于Uo 2、当MOSFET截止时二极管导通，电流等于输出电流（平均值） 3、因此可以按输出电压和电流和选择二极管的击穿电压、额定电流（留有余量） 4、还要考虑二极管的损耗，计算公式 PD VD I O （VD为二极管正向压降） 5、为减小损耗，提高变换效率，应尽量采用VD较低的二极管（特别输出电压较低时） 几种类型二极管的参考正向压降 二极管的正 向压降随着 快恢复二极管 0.8~1.1V 电流的增大 肖特基二极管 0.3~0.6V 而有所增大 结论 综合反向恢复速度和正向压降 这两项性能指标，开关电源中 通常选用肖特基二极管较好。
电感量较大（CCM）
I L _ max
I L _ avg
I L _ min
Ton
TD T
电感量较小（DCM）
U in U O D反向偏置，D电流为0，L电流亦为0
D电流为0期间，负载依靠电容C供电
提示：电感量L较小时，容易进入DCM模式，若L不变，当负载电流下降也会进入DCM。
DCM模式下的输出电压
100F / 50V
0.33 48
连串问题： ESR产生功耗、 温度上升、容量减小（失效）、 电解液汽化、 膨胀、鼓包、爆裂
使用铝电解电容时注意安全
9、ESL也会产生一定的压降，增加输出电压纹波（电容并联可以减小总的ESL和ESR）
10、不同种类的电容器的阻抗构成比例不同，其中铝电解电容的ESL和ESR较大
L
I 2 I O
（BCM临界模式）
U in (U O U in ) 2 I O U O f sw
Uin 越大，L 越大 应选择Uin上限计算
提示：注意电感的额定电流必须大于输出电流值，同时考虑其工作频率、铜损和铁损
<2>电容计算与选择举例
电容计算的依据 1、在额定输出电流条件下保证输出电压纹波符合指标要求 2、电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小 3、电容的阻抗包括：等效串联电感（ESL）、等效串联电阻（ESR）和容抗（XC） 4、开关导通时，电容提供全部负载电流，而开关断开时，电容充电 5、若满载时设计为CCM模式，电容的容量计算公式
I C _ rms I O D 1 D
7、流过电容的电流有效值为
（例：输入12V，输出24V/0.5A） （则：电容电流有效值也Leabharlann Baidu0.5A）
铝电解电容的ESR
8、实际设计中，需要考虑电容的ESR对输出电压纹波的影响（常用的铝电解电容器） 电容滤波原理
24V / 0.5 A
（1）理想电容器无ESR，假设：开关频率为50kHz
普通整流二极管 >1V
3、Boost稳压控制原理
造成输出电压不稳的原因 解决输出电压不稳的思路 输入电压不稳 负载变化 元件参数漂移 外界干扰 实时临视输出电压，根据其变化反方向调节占空比
I L _ max I L _ avg I L _ min D D1 t1 t 2
（D1随电流而变）
电感电流平均值等于输出电流平均值
UO 1 1 ( I pek D1 T ) R T 2
T
提示：CCM与DCM模式Uo是不同的!
UO
4D 2 1 1 K , U in 2
C I O _ max Dmax f sw V
（其中：I O _ max 为最大输出电流， Dmax 为最大占空比）
6、若满载时设计为DCM模式，电容的容量计算公式
I O _ max (1 C
2L ) R TS （其中：TS 为电感电流为0的时长， V 为输出电压纹波） f sw V （其中： R 为负载电阻， f sw 为开关频率）
检测输出 电压是否 有波动
调节占空比，反方 向调节输出电压， 达到动态稳定
分析电压 波动方向
提示：3个环节：检测、分析、调节。
稳压控制的实施
检测
采样电压与输 出电压成正比
Gnd
分析 输出电压波动 的方向和大小 （放大以提高 调节的灵敏度）
调节 PWM比较器输出方波 （并调节占空比） 例：Uo升高时，Ue减小,占空比D减小，U O U in
输出电流 开关频率 解：L
5V (10%) 12V
1A
50 kHz
5.5 (12 5.5) 30 H 3 2 112 50 10
UL L L L
I t
Ton D
D f sw
U L t I U in Ton I
U O U in UO
此值为按BCM（临界模式）计算的 最小电感量，应选择比这个值更 大才能保证满载时工作在CCM模式
（伏秒平衡）
Ton 1 （D<1,升压） ) U in Toff 1 D
电流急剧上升，烧元件 大小 负载电流Io 电感量L 纹波
斜率 输入输出电压D
提示：Boost电感电流过大，或开关导通时间过长或截止时间过长，电感都有可能饱和。
电感电流模式
问题 1、BOOST电感电流是否只能是连续的（即CCM模式）？ 2、有没有可能进入DCM模式？在什么情况下可能进入DCM模式？ 高 低
1 1 D
Uo下降
提示：记住3个环节的元件。思考：试分析 Uin 降低时，Uo、Usam、Ue、D 的变化过程。
PWM比较器
同相输入端 反相输入端
U o (U U ) G
G为开环放大倍数
例：G=100dB（105倍），U-=5V，U+=5.01V，试算Uo？
V 解： Uo (5.001 5) 105 100
I L _ max I L _ avg I L _ min
Ton
T
参考地 讨论 开关无论是闭合还是断开，L都有电流吗？ 闭合时，电流上升，储能 U L U in 断开时，电流下降，放能 U L U O U in 能量放完，电流应该为0，此时 U L 0 D阳极对地电压为 U in 阴极对地电压为U O
<4>二极管的选择
正向偏置
ID
+
P区
内电场
N区
从t 0开始反向偏置
IF
trr
t 0 t1
t2
反向恢复时间
t
I rr
-
+
反向偏置
t3
I rm
P型与N型半导体接触，电荷扩散漂 移达到平衡，产生内电场（ PN结）， 正偏时，外电场与内电场反向，内 阻止电荷继续扩散 电场削弱，加速电荷扩散（导通） 反偏时，外电场与内电场同向，内 电场加强，阻止电荷扩散（截止） 正偏切换至反偏时，内电场逐渐加 强，需要一定的时间才达到截止状 态，期间二极管处于反向导通状态
滤波电容的选择 （1）选择ESR小的聚合物、钽电解电容 （2）选择高频低阻的铝电解电容 （3）选择容量更大的普通电解电容
铝电解电容使 用注意事项
使用不当， 会爆炸！
防爆槽
（1）选用高频低阻 （2）耐压足够高 （3）极性不能接反 （4）远离热源 （5）防爆槽不对人
<3>功率开关管的选择
功率开关管的选择依据 1、中小功率DC/DC变换中，Power MOSFET（场效应管）是最常用的功率开关 2、MOSFET（场效应管）成本低、工作频率高 3、设计中主要考虑它的导通损耗和开关损耗 4、要求有足够低的导通电阻（RDS(ON)）和比较低的栅极电苛（Qg） 5、MOSFET的耗散功率可以由下式计算 I I 1 PMOSFET ( on ) 2 RDS ( on ) D VO (t r t f ) ( on ) 2 f s Qg Vgs f s 1 D 2 1 D 6、开关断开时，承受电压约等于Uo 因此DS间的击穿电压必须大于Uo 7、开关导通时，流过电流为电感电流， 但由于MOSFET的额定电流越大导通 电阻越小，因此在条件允许时可选 额定电流大一点的MOSFET(数倍Io）
思考 若该电压比较器的工作电压Vcc=12V，上述结果是否合理？ （NO）
结论
U U Uo 趋向电源电压上限（高电平） U U Uo 趋向电源电压下限（低电平）
提示：电压比较器为开环放大器，输出只有高低电平两种结果之一。
误差放大器
实质是负反馈放大器
（从输出端取一部分信号反馈到反相输入端，以减小放大倍数） （实现有限的、可控的放大） 输出电压 （由KCL、虚断、虚短得）
保证电路在额定条 件下能正常工作 !
<1>电感计算与选择
电感计算的依据 1、在满载时，工作模式选CCM，还是选DCM（工作点） 2、纹波电流选多大（纹波电流与电感量成反比） 1.1 根据使用的控制器（IC）的要求
I L _ max I L _ avg I L _ min
Ton
T
1.2 根据空间体积要求 1.3 一般情况下选择CCM较好 原因：减小电流纹波、降低峰值、减小 对开关管的冲击；有利于减小电磁干扰； 有利于减小输出电压纹波 2.1 一般可以选电流纹波不超过输出电流的30% 原因：此时算出的电感量比较大，负载 电流减小到一定程度才进入DCM模式
XC 1 1 0.032 2fC 2 3.14 50103 100106
100F / 50V
48 24V / 0.5 A
（2）频率为50kHz，有效值为0.5A的脉动电流流过 它产生的压降（即纹波电压） UC 0.5 0.032 0.016 V （3）假设某品牌100uF/50V的电解电容的ESR为0.33 欧，则仅ESR就使输出电压纹波增加了10倍
K
2L RTS
2、BOOST电路基本参数
输入输出 输入电压范围、输出电压、 输出电流、输出电压纹波 工作过程 开关频率、电感电流模式 及其工作点（即在何时工 作在哪种模式CCM/DCM？）
元件参数
（2个储能元件 + 2个半导体开关）
电感 1、若满载时，工作在CCM模式，负载减轻时，逐渐进入DCM模式 （与电压无关） 2、若满载时，工作在DCM模式 （体积较小，纹波较大，通过电容来弥补） 电容 在额定输出电流条件下保证输出电压纹波符合指标要求（宜大不宜小） 开关 额定电压、电流和功耗在安全范围，并考虑尽量小的导通损耗和开关损耗 续流二极管 目标 开通速度、击穿电压、额定电流和正向压降 额定条件：输入电压范围、最大输出电流（额定电流） 正常工作：各元件安全（电压、电流、功耗不超负苛） 输出电压正确、纹波不超标。
Ton
负载电流较大（CCM）
I L _ max I L _ avg I L _ min
T
2.2 也可以选电流纹波等于输出电流的2倍 原因：此时算出的电感量为BCM（临界导 电）模式，选择大一点的电感值就是CCM 模式了，负载减小时容易进入DCM
负载电流减小必定进入DCM
<1>电感计算与选择举例
例：输入电压 输出电压
L _ max
N N U L t（电磁感应定律） t
磁通达到极限，不再增加
( N ) ( N ) sw _ on sw _ off （能量守恒）
t 变为导线一条（R很小）
Ton
T
Uin Ton (UO Uin ) Toff
U O U in (1
问题
CCM模式下 U O U in
1 1 D
开关导通状态下，电感电流上升
I L ( ) U in D T L
U O U in D1 T L
DCM模式下，该式是否成立？
开关断开状态下，电感电流下降
I L ( )
电感电流上升值与下降值相等
UO D D1 U in D1
开关电源入门到精通（实战篇）
3、BOOST实战教程
1、Boost变换原理
i
I L _ max I L _ avg I L _ min
Ton
t
T
U L _ on Uin
UL
U L _ off UO Uin （KVL）
（假设电感流是连续的） i 磁饱和 I
I L _ avg 感生电动势（UL）变为0 I L _ min
几种类型二极管的反向恢复时间 普通整流二极管 >1000 ns 快恢复二极管（100，1000）ns 超快恢复二极管（10，100）ns 肖特基二极管 <10 ns
提示：开关电源要根据开关频率选择反向恢复时间较短的快速二极管
二极管其他参数
1、二极管也是工作在开关状态，当MOSFET导通时二极管截止，反向电压等于Uo 2、当MOSFET截止时二极管导通，电流等于输出电流（平均值） 3、因此可以按输出电压和电流和选择二极管的击穿电压、额定电流（留有余量） 4、还要考虑二极管的损耗，计算公式 PD VD I O （VD为二极管正向压降） 5、为减小损耗，提高变换效率，应尽量采用VD较低的二极管（特别输出电压较低时） 几种类型二极管的参考正向压降 二极管的正 向压降随着 快恢复二极管 0.8~1.1V 电流的增大 肖特基二极管 0.3~0.6V 而有所增大 结论 综合反向恢复速度和正向压降 这两项性能指标，开关电源中 通常选用肖特基二极管较好。
电感量较大（CCM）
I L _ max
I L _ avg
I L _ min
Ton
TD T
电感量较小（DCM）
U in U O D反向偏置，D电流为0，L电流亦为0
D电流为0期间，负载依靠电容C供电
提示：电感量L较小时，容易进入DCM模式，若L不变，当负载电流下降也会进入DCM。
DCM模式下的输出电压
100F / 50V
0.33 48
连串问题： ESR产生功耗、 温度上升、容量减小（失效）、 电解液汽化、 膨胀、鼓包、爆裂
使用铝电解电容时注意安全
9、ESL也会产生一定的压降，增加输出电压纹波（电容并联可以减小总的ESL和ESR）
10、不同种类的电容器的阻抗构成比例不同，其中铝电解电容的ESL和ESR较大
L
I 2 I O
（BCM临界模式）
U in (U O U in ) 2 I O U O f sw
Uin 越大，L 越大 应选择Uin上限计算
提示：注意电感的额定电流必须大于输出电流值，同时考虑其工作频率、铜损和铁损
<2>电容计算与选择举例
电容计算的依据 1、在额定输出电流条件下保证输出电压纹波符合指标要求 2、电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小 3、电容的阻抗包括：等效串联电感（ESL）、等效串联电阻（ESR）和容抗（XC） 4、开关导通时，电容提供全部负载电流，而开关断开时，电容充电 5、若满载时设计为CCM模式，电容的容量计算公式
I C _ rms I O D 1 D
7、流过电容的电流有效值为
（例：输入12V，输出24V/0.5A） （则：电容电流有效值也Leabharlann Baidu0.5A）
铝电解电容的ESR
8、实际设计中，需要考虑电容的ESR对输出电压纹波的影响（常用的铝电解电容器） 电容滤波原理
24V / 0.5 A
（1）理想电容器无ESR，假设：开关频率为50kHz