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1、Boost 电源原理及工作过程详解开关电源按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、 Charge-pump 等；常用的PWM控制Buck、Boost、Buck-Boost三种类型为主。开关电源的主要部件包括：输入源、开关管、储能电感、控制电 路、二极管、负载和输出电容。如果功率不是特别大，IC厂家会将 开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar工艺的电源管 理IC中，极大简化了外部电路。一、开关电源占空比D、电感值L、效率n公式推导Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑结构，本文将使用如图1-1、1-2所示的电路参考模型：图1-1 Buck电路参考模
2、型面包扳社区参考电路模型默认电感的DCR (Direct Constant Resistance ) 为零。ViKi圏1-2 Boost电路参考模型乱面包扳社区Controller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;假定那个开关（三极管或者M0S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。第一部分：充电如果控制器把 MOSFET 控制导通。电源对电感进行充电，如下图所示：Vin 寺Vout在充电过程中，开关闭合（M0SFET导通），开关（M0S管）处用导线 代替
3、。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。第二部分：放电当开关断开（MOSFET截止）时的等效电路如上图所示。当开关断 开（MOSFET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，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，
4、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
5、掉的，不能转化为负载上的能量。Boost升压电路，可以工作在电流断续工作模式(DCM)和电流连 续工作模式(CCM)。CCM工作模式适合大功率输出电路，电感电流需 保持连续状态，因此，按CCM 工作模式来进行特性分析。Boost 拓扑结构升压电路基本波形如图所示。感L和开关管的电流逐渐增大，电感L两端的电压为Vin,考虑到开关管S漏极对公共端的导通压降Vs,即为Vi-Vs。ton时，通过L的电流增加部分 ILon。式中：Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs 上的压降之和，约 0.60.9V。丄UC3842SDRr/O GNDCOMPVreFVhjRyflN?朋十万亍为怦么toff时，开关
6、管S截止，二极管D处于导通状态，储存在电感L 中的能量提供给输出，流经电感 L 和二极管 D 的电流处于减少状态， 设二极管D的正向电压为Vf, toff时，电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi, 电流的减少部分AlLoff满足下式。Vf为整流二极管正向压降，快恢复二极管约0.8V，肖特基二极管约 0.5V。在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时。因占空比D二心/7即最大占空比如果忽略电感损耗，电感输入功率等于电源的输出功率电感的平均电流：同时可得电感器电流纹波式中：f为开关频率。为保证电流连续，电感电流应满足A-lave) A /i/2综合以上，可得到满足电流连续情况下的电感值为：另外，由 Boost 升压电路结构可知，开关管电流峰值 Is(max)=二极管电流峰值Id(max)二电感器电流峰值ILPh? =+ (A Zl/2)开关管耐压卩加沏=K + K二极管反向耐压K- Va
