boost电路参数设计详解

Boost 电路参数设计Boost 电路的原理图如下图所示当 MOSFET 开通时，电源给电感 L 充电，电感储能，电容放电电感上的电流增加量（电感线圈未饱和时）为：DTVIinL)(其中： 为占空比， 为开关周期DT当 MOSFET 关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为： TDLVIinoL)1()( 电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即，于是整理可得：)()(LIDVino1因为0< <1，所以Boost电路是一个升压型电路D电感电流非连续模式时，MOSFET 开通状态下，电感电流的增值为： TLIin)(MOSFET 关断状态下，电感电流的下降值为： DVIinoL2)(L DCQ? R2电感电流上升值等于下降值，即 ，整理得：)()(LI2DVino因为在此模式下电感电流是不连续的，所以每个周期电感电流都会下降至零输出电流等于电感电流的平均值，即 )21(2TIRpko)(LpkI由上式得， ，2412KDVniosTR由此可以看出，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1．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在 Boost 电路中，为了满足期望的输出纹波电压，电容值可以按下式选取 VfDICsomax其中： 为最大的输出电流；maxoI为最大的占空比D对电感电流非连续模式，电容为3VfTsRLICso)21(max在实际设计中，由于电容的 ESR，为了保证较小的纹波电压，必须要选择更大容值的电容在电感电流连续模式中，假设电容值足够大以至于可以忽略就要有足够小的 ESR 来限制输出的电压纹波 )21(maxLoIDIVESR在电感电流非连续模式下： LoIVESR纹波电流通过电容的 ESR 中会产生功率损耗，这个损耗会使电容内部的温度上升。

过度的温升会大大缩短电容的使用寿命在不同的环境温度下，电容都有额定的纹波电流通过电容的电流不能超过其额定值通过输出电容电流的有效值为 DIoMSRc1ESL 可以通过选用低 ESL 的电容，限制引线线长度（PCB 以及电容） ，和采用多个小电容并联的形式来控制它的大小有三种低阻抗的电容，铝、有机半导体和固体钽电容都适合于一般低成本的商业领域低阻抗铝电解电容成本低，在较小的封装下可以提供更大的容量但其 ESR 比较大有机半导体电解电容在工业电源中用的越来越普遍它可以提供较小的 ESR 和比较大的容量固体钽电容可以提供低的 ESR 和 ESL 以及比较大的容量在开关电源中是比较理想的选择在开关电源中，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4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。

磁器件厂家提供了很多的电感都可用于 DC/DC 变换器开关电源中最常用的磁心是铁氧体和电工铁由于电感绕线的直流电阻，电流通过时产生电感铜损同时，由于电感的交流电流会导致磁通交变，产生磁损功率损耗会引起电感的温度上升，过度的温升会使导线的绝缘降低Boost 电路中，电感的损耗可以由下式计算，，coreuLnductori PRIP2其中： 为绕线电阻；cuR为磁损，可以有磁心厂家的数据手册中查到oreP在小功率的 DC/DC 变化中， Power MOSFET 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 QgMOSFET 的耗散功率可以由下式计算， sgsonfroonDSon fVQfDItVRIPMOSFET  2)(2 )1((21)1(选择续流二极管的重要的标准是：开通速度、击穿电压、额定电流、正向导通电压开关电源中，通常选择低正向导通电压的肖特基二极管续流二极管的损耗计算： oDIVP。