boost升壓電路原理
boost升壓電路,開(kāi)關(guān)直流升壓電路（即所謂的boost或者step-up電路）原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。
基本電路圖見(jiàn)圖一。
假定那個(gè)開(kāi)關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。
下面要分充電和放電兩個(gè)部分來(lái)說(shuō)明這個(gè)電路
充電過(guò)程
在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如圖二，開(kāi)關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。
放電過(guò)程
如圖，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）時(shí)的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。
說(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。
如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。
如果這個(gè)通斷的過(guò)程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。
一些補(bǔ)充1 AA電壓低,反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開(kāi)關(guān)管,整流管,及其他損耗(含電感上).
1.電感不能用磁體太小的(無(wú)法存應(yīng)有的能量),線徑太細(xì)的(脈沖電流大,會(huì)有線損大).
2 整流管大都用肖特基,大家一樣,無(wú)特色,在輸出3.3V時(shí),整流損耗約百分之十.
3 開(kāi)關(guān)管,關(guān)鍵在這兒了,放大量要足夠進(jìn)飽和,導(dǎo)通壓降一定要小,是成功的關(guān)鍵.總共才一伏,管子上耗多了就沒(méi)電出來(lái)了,因些管壓降應(yīng)選最大電流時(shí)不超過(guò)0.2--0.3V,單只做不到就多只并聯(lián).......
4 最大電流有多大呢?我們簡(jiǎn)單點(diǎn)就算1A吧,其實(shí)是不止的.由于效率低會(huì)超過(guò)1.5A,這是平均值,半周供電時(shí)為3A,實(shí)際電流波形為0至6A.所以咱建議要用兩只號(hào)稱(chēng)5A實(shí)際3A的管子并起來(lái)才能勉強(qiáng)對(duì)付.
5 現(xiàn)成的芯片都沒(méi)有集成上述那么大電流的管子,所以咱建議用土電路就夠?qū)Ω堆箅娐妨?
以上是書(shū)本上沒(méi)有直說(shuō)的知識(shí),但與書(shū)本知識(shí)可對(duì)照印證.
開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開(kāi)關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個(gè)方面著手：1.盡可能降低開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能；2.盡可能降低負(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)回路的損耗最低；3.盡可能降低控制電路的消耗，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，控制電路的消耗某種意義上是浪費(fèi)掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。
具體計(jì)算
已知參數(shù)：
輸入電壓：12V --- Vi
輸出電壓：18V ---Vo
輸出電流：1A --- Io
輸出紋波：36mV --- Vpp
工作頻率：100KHz --- f
1：占空比
穩(wěn)定工作時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，導(dǎo)通期間電感電流的增加等于關(guān)斷期間電感電流的減少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有
don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),參數(shù)帶入，don=0.572
2：電感量
先求每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感初始電流等于輸出電流時(shí)的對(duì)應(yīng)電感的電感量
其值為Vi*(1-don)/(f*2*Io)，參數(shù)帶入，Lx=38.5uH,
deltaI=Vi*don/(L*f)，參數(shù)帶入，deltaI=1.1A
當(dāng)電感的電感量小于此值Lx時(shí)，輸出紋波隨電感量的增加變化較明顯，
當(dāng)電感的電感量大于此值Lx時(shí)，輸出紋波隨電感量的增加幾乎不再變小，由于增加電感量可以減小磁滯損耗，另外考慮輸入波動(dòng)等其他方面影響取L=60uH，
deltaI=Vi*don/(L*f),參數(shù)帶入，deltaI=0.72A，
I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI，
參數(shù)帶入，I1=1.2A,I2=1.92A
3：輸出電容：
此例中輸出電容選擇位陶瓷電容，故 ESR可以忽略
C=Io*don/(f*Vpp),參數(shù)帶入，
C=99.5uF，3個(gè)33uF/25V陶瓷電容并聯(lián)
4：磁環(huán)及線徑：
查找磁環(huán)手冊(cè)選擇對(duì)應(yīng)峰值電流I2=1.92A時(shí)磁環(huán)不飽和的適合磁環(huán)
Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，參數(shù)帶入，irms=1.6A
按此電流有效值及工作頻率選擇線徑
其他參數(shù)：
電感：L 占空比：don
初始電流：I1 峰值電流：I2 線圈電流：Irms
輸出電容：C 電流的變化：deltaI 整流管壓降：Vd BOOST升壓電路中：
電感的作用：是將電能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件，當(dāng)MOS開(kāi)關(guān)管閉合后，電感將電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)MOS斷開(kāi)后電感將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能，且這個(gè)能量在和輸入電源電壓疊加后通過(guò)二極管和電容的濾波后得到平滑的直流電壓提供給負(fù)載，由于這個(gè)電壓是輸入電源電壓和電感的磁碭能轉(zhuǎn)換為電能的疊加后形成的，所以輸出電壓高于輸入電壓，既升壓過(guò)程的完成；
肖特基二極管主要起隔離作用，即在MOS開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，肖特基二極管的正極電壓比負(fù)極電壓低，此時(shí)二極管反偏截止，使此電感的儲(chǔ)能過(guò)程不影響輸出端電容對(duì)負(fù)載的正常供電；因在MOS管斷開(kāi)時(shí)，兩種疊加后的能量通過(guò)二極向負(fù)載供電，此時(shí)二極管正向?qū)ǎ笃湔驂航翟叫≡胶茫M量使更多的能量供給到負(fù)載端！！
電感升壓原理：
什么是電感型升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器？
如圖1所示為簡(jiǎn)化的電感型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，閉合開(kāi)關(guān)會(huì)引起通過(guò)電感的電流增加。打開(kāi)開(kāi)關(guān)會(huì)促使電流通過(guò)二極管流向輸出電容。因儲(chǔ)存來(lái)自電感的電流，多個(gè)開(kāi)關(guān)周期以后輸出電容的電壓升高，結(jié)果輸出電壓高于輸入電壓。
決定電感型升壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的因素是什么？
在圖2所示的實(shí)際電路中，帶集成功率MOSFET的IC代替了機(jī)械開(kāi)關(guān)，MOSFET的開(kāi)、關(guān)由脈寬調(diào)制(PWM)電路控制。輸出電壓始終由PWM占空比決定，占空比為50%時(shí)，輸出電壓為輸入電壓的兩倍。將電壓提高一倍會(huì)使輸入電流大小達(dá)到輸出電流的兩倍，對(duì)實(shí)際的有損耗電路，輸入電流還要稍高。
電感值如何影響電感型升壓轉(zhuǎn)換器的性能？
因?yàn)殡姼兄涤绊戄斎牒洼敵黾y波電壓和電流，所以電感的選擇是感性電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。等效串聯(lián)電阻值低的電感，其功率轉(zhuǎn)換效率最佳。要對(duì)電感飽和電流額定值進(jìn)行選擇，使其大于電路的穩(wěn)態(tài)電感電流峰值。
電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路輸出二極管選擇的原則是什么？
升壓轉(zhuǎn)換器要選快速肖特基整流二極管。與普通二極管相比，肖特基二極管正向壓降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二極管平均電流額定值應(yīng)大于電路最大輸出電壓。
怎樣選擇電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路的輸入電容？
升壓調(diào)節(jié)器的輸入為三角形電壓波形，因此要求輸入電容必須減小輸入紋波和噪聲。紋波的幅度與輸入電容值的大小成反比，也就是說(shuō)，電容容量越大，紋波越小。如果轉(zhuǎn)換器負(fù)載變化很小，并且輸出電流小，使用小容量輸入電容也很安全。如果轉(zhuǎn)換器輸入與源輸出相差很小，也可選小體積電容。如果要求電路對(duì)輸入電壓源紋波干擾很小，就可能需要大容量電容，并(或)減小等效串聯(lián)電阻(ESR)。
在電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路中，選擇輸出電容時(shí)要考慮哪些因素？
輸出電容的選擇決定于輸出電壓紋波。在大多數(shù)場(chǎng)合，要使用低ESR電容，如陶瓷和聚合物電解電容。如果使用高ESR電容，就需要仔細(xì)查看轉(zhuǎn)換器頻率補(bǔ)償，并且在輸出電路端可能需要加一額外電容。
進(jìn)行電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路布局時(shí)需要考慮哪些因素？
首先輸入電容應(yīng)盡可能靠近IC，這樣可以減小影響IC輸入電壓紋波的銅跡線電阻。其次，將輸出電容置于IC附近。連接輸出電容的銅跡線長(zhǎng)會(huì)影響輸出電壓紋波。第三點(diǎn)是，盡量減小連接電感和輸出二極管的跡線長(zhǎng)度，減小功耗并提高效率。最后一點(diǎn)是，輸出反饋電阻遠(yuǎn)離電感可以將噪聲影響降至最小。
電感型升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用在哪些場(chǎng)合？
電感型升壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域是為白光LED供電，該白光LED能為電池供電系統(tǒng)的液晶顯示(LCD)面板提供背光。在需要提升電壓的通用直流-直流電壓穩(wěn)壓器中也可使用。
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