Boost升压电路原理及设计详解

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2022-03-31 02:15:42 15

Boost电路是一种开关直流升压电路，它能够使输出电压高于输入电压。在电子电路设计当中算是一种较为常见的电路设计方式。本文将给大家介绍boost基本原理、电路参数设计。

首先我们需要知道：

电容阻碍电压变化，通高频，阻低频，通交流，阻直流；

电感阻碍电流变化，通低频，阻高频，通直流，阻交流；

图1Boost开关升压电路的原理图

假定那个开关(三极管或者MOS管)已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。

下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。

充电过程

在充电过程中，开关闭合(三极管导通)，等效电路如图2，开关(三极管)处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感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。

放电过程

如图3这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的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，即电感开始给电容充电，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。

说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

boost电路升压过程

下面是一些补充：

AA电压低，反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管，整流管，及其他损耗(含电感上)。

电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量)，线径太细的(脉冲电流大，会有线损大)。

整流管大都用肖特基，大家一样，无特色，在输出3.3V时，整流损耗约百分之十。

开关管，关键在这儿了，放大量要足够进饱和，导通压降一定要小，是成功的关键。总共才一伏，管子上耗多了就没电出来了，因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V，单只做不到就多只并联。

最大电流有多大呢？简单点就算1A吧，其实不止。由于效率低会超过1.5A，这是平均值，半周供电时为3A，实际电流波形为0至6A。所以建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付。

现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子，所以建议用土电路就够对付洋电路了。

这些补充内容是教科书本上没有的知识，但是能够与教科书本上的内容进行对照并印证。

开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。

Boost电路参数的设计

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。

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。

电感

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。

在Boost电路中，选择合适电感量通常用来限制流过它的纹波电流。

电感的纹波电流正比于输入电压和MOSFET开通时间，反比于电感量。电感量的大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。

MOSFET

在小功率的DC/DC变化中，PowerMOSFET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RDS(ON)和比较低的栅极电荷Qg。

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