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：

采用恒频控制方式，占空比可调。Q导通时间为TON。MOSFET Q导通时为电感充电过程，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

大于0，BOOST电路工作于连续模式，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，VD点接地，（假设MOSFET导通，压降为0）电压为0V，因为输入电压恒定,所以电感两端承受的电压为为一个恒定值，因此流经电感的电流线性上升，其斜率为,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高，以此输出电压便会升高，且高于输入电压。

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

图（a）电感IL电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通时，电感电流并未下降为0V，为连续工作模式;

     图（b）电感IL电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通时，电感电流恰好下降为0V，为临界工作模式;

     图（c）电感IL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，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，输出电压，最大输出功率P(或者负载最大电流)，恒频模式f，纹波电压已知。

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的时间让电感电流减小到0.如图1.11，均有20%的死区裕度。死区时间为（dead time）

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

 峰值为                              (1.1)

 电感储能为                                          (1.2)

 既然在一个周期结束前电感电流减小到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，                                               （1.3）

当MOSFET关断时 ，由图1.3等效模型可知，在关断期间（）,输入电压流经电感L和二极管D，以同样的电流（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）

                     （1.4）

                                      (1.5)                    

那么输送到负载的总功率为

化简得：                                         (1.6)

又因为(留有20%的死区裕度)                      （1.7）

因为P，，，T（f）已知，所以电感值为

                                                  （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（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

（3）  导通内阻是取决于选取的MOSFET本身，与BOOST电路无关，可以通过查找芯片手册datasheet中的。

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）（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电路的输出电压决定的；

      （2）最大整流电流（平均值）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

      （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电路的输出电压决定的；

 （2）容值根据设计要求的纹波电压来确定。原理在BUCK中已详细分析 。由式（1.1）可知，再根据式（1.9）、（1.10）就可以计算出电解电容的C。

                                        （1.9）

再由，                                 （1.10）