Boost升压电路

1、扬州瑞控汽车电子有限公司电路结构开关电源最基本的三种拓扑BUCK、BOOST、BUCK-BOOST就是对三种器件的连接方式进行不同的组合。开关管在Ton时间内导通，二极管反向截止，电感电流线性上升；开关管在Toff时间内关断，二极管正向导通，电感电流线性下降。对电感工作的理解最为关键Ton阶段，开关管导通，电感电流线性上升，斜率为电感电流变化量i= ，其中Vsw为开关管压降。输出电容为负载提供能量。uTon阶段Vin VswL onVin VswTL工作原理Toff阶段，开关管关断，电感电流线性下降，斜率为电感电流变化量 i= ，其中Vd为二极管压降。电感电流为负载提供能量，同时补充输出电容在

2、Ton阶段输出的能量。uToff阶段dVoVVinLd offVoVVinTL工作原理电感电流在Ton时间内上升值等于Toff时间内下降值，都为i。 = ，T=Ton+Toff，Ton/T=D。（Vin-Vsw）Ton= （Vo+Vd-Vin）Toff，即伏秒积相同。u电感电流连续模式下的电感、开关管及二极管电流d offVoVVinTL onVin VswTL工作原理Boost电路输入电压、输出电压与占空比关系：D=如果忽略开关管及二极管压降，输入输出电压关系为：Vo=输出电流全部流过二极管，则二极管平均电流ID=IO=IL (1-D)ID为二极管平均电流，IO为输出平均电流，IL 为电感平

3、均电流。dodswVoVVinVVV1in1VD工作原理器件选型工作条件首先考虑电感磁芯的最“恶劣”工作条件，以满电感电流不至于饱和。Boost电路电感电流连续， 电感峰值电流IL_PK= （1+ ）其中电流纹波率 r= ，即i=rIL，r一般取0.30.4。i随着占空比（输入电压）的变化：i=当D0.5时， i随D增大（输入电压降低）而增大；当D0.5时， i随D增大（输入电压降低）而减小；电感峰值电流IL_PK 在最小输入电压VIN_MIN（DMAX）下最大，在此条件下设计Boost电路。最“恶劣”工作条件的确定2 D-DVo TL（）o1-IDr2iLI绘制函数曲线得出 onVin Vs

4、wTL DVinTL器件选型u负载电流与平均电感电流关系 IO=IL（1-D） IL=电感电流峰值为IL_PK = IL+i/2电感o1-ID小功率电源使用类型Vo= ，则D=in_min1VDoin_minoVVVi= = ，其中Fs为开关管工作频率。 in_min onVTLin_min1sVDLF L=Lin_min1oin _minrIsoVVVFV电感峰值电流IL_PK= IL + i/2 =(1+ r/2 ) IL电感电流选择一般大于IL_PK的1.2倍。器件选型电感容量越大，装的越多！器件选型二极管二极管类型频率在几百KHz范围内，选择肖特基二极管。二极管电压在Ton阶段，二极管

5、承受最大反向电压，其值为Vo。二极管耐压至少选择Vo的1.2倍。如果二极管两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。二极管电流二极管的平均电流ID_AVG=Io二极管额定电流至少选择Io的2倍以上，电流较大的需要注意散热处理，可以适当选择较大的封装，以获得较低的“温度-环境”热阻JA。器件选型开关管开关管耐压开关管承受的最大电压为VO+VD，如果忽略VD，即为VO。耐压值至少选择Vo的1.2倍，如果DS两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。开关管电流开关管通过的电流有效值IRMS=IL 开关管的电流至少选择IRMS的2倍以上，电流较大的需要注意散热处理，可以适当选择较大的封装，以获得较低的“温度-

6、环境”热阻JA。2(1+)12rDIds器件选型输入电容ESR在最低输入电压，输出由空载跳变为满载时计算。ESR=其中，vin为输出电压纹波，一般取输入电压5%以内。电容容值Cin=其中，Ls为输入电源的感抗、Rs为输入电源的阻抗。电容电流有效值Icin_rms=0.29 i额定纹波率等于或大于电容电流有效值。1in2oDVI（）22Ls VoIoVinRs器件选型输出电容输出电容电压输出电容电压选择输出额定电压的1.21.5倍。输出电容流过的电流峰峰值为IL_PK由输出滤波电容ESR引起的纹波为：V1=IL_PK ESR在Ton期间，负载电流全部由输出电容提供，由此引起的纹波电流为：V2=由

7、电感脉动电流在ESR产生：V3=i ESRV= V1+ V2 - V3电容通过的电流有效值IRMS=1.13IL 额定纹波率等于或大于电容电流有效值。输出滤波电容对环路稳定有影响，适当的增大有助于环路稳定。ooswIDCF1DD（）设计实例输入输出参数u输入电压：916Vu输出电压：18Vu输出电流：0.5Au工作温度：-40 85u输出电压纹波：2%u输入电压纹波：2%u开关频率：500KHz在输入电压等于9V时进行计算，此时D= =0.518V-9V18V器件选型u负载电流与平均电感电流关系 IO=IL（1-D） IL= =1A设r=0.3，i=r IL=0.3AL= = =30uH电感电

8、流峰值为IL_PK = IL+i/2=1.3A1.2 IL_PK =1.56A选择33uH，2A的成品电感。r=0.27， i=rIL=0.27A， IL_PK = 1.27A电感o1-IDLin_min1oin _minrIsoVVVFV911890.3 1A500k z9VVVHV器件选型二极管二极管类型选择肖特基二极管。二极管电压在Ton阶段，二极管承受最大反向电压，其值为Vo。二极管耐压至少选择Vo的1.2倍。如果二极管两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。选择二极管耐压为30V。二极管电流二极管的平均电流ID_AVG=Io=0.5A二极管额定电流至少选择Io的2倍以上，考虑散热处理，

9、选择电流为2A。二极管型号CMSH2-40M。器件选型开关管开关管耐压开关管承受的最大电压为VO+VD，如果忽略VD，即为VO。耐压值至少选择Vo的1.2倍，如果DS两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。耐压选择30V。开关管电流开关管通过的电流有效值IRMS=IL =0.9A 开关管的电流至少选择IRMS的2倍以上，考虑到热处理，选择较大封装。采用SO-8封装。2(1+)12rD器件选型输入电容电容额定电压考虑TVS的钳位电压，选择额定电压为50V。ESR在最低输入电压，输出由空载跳变为满载时计算。ESR= = =0.18电容容值Cin= = =2.22uF其中，Ls取1uH、Rs取0.1。

10、电容电流有效值Icin_rms=0.29 i=0.087A选择两颗50V/2.2uF的MLCC并联。1in2oDVI（）22 1u180.590.1HVAV1 0.50.362 0.5VA（）22Ls VoIoVinRs器件选型输出电容输出电容电压输出电容电压选择输出额定电压的1.21.5倍，选择25V。输出纹波峰峰值为V=0.72V在Ton期间，负载电流全部由输出电容提供，由此引起的纹波电流为VP-P= ，Co= =0.69uF考虑到电容精度、裕量及输出负载瞬态变化，选择2颗2.2uF的MLCC并联。MLCC的典型ESR为3m。ooswIDCFoVswIDF器件选型输出电容由输出滤波电容ESR引起的纹波为V1=IL_PK ESR=0.00195VV2= = =0.1136VV3=i ESR=0.004