Boost电源原理及工作过程详解

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PW腑制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、效率不公式推导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：ViSWControlleD二面

2、包赤社医1*1 1-1 Buck电踹参考模型参考电路模型默认电感的 DCR (Direct Constant Resistance ) 为零ICLC0ntrol?r图1-2 Boost电路参考模型七面包赤社电容阻碍电压变化，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MO甯）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制导通。电源对电感进行充电，如下图 所示：在充电过程中，开关闭合（MOSFETS通），开关（MOSf）处用导

3、线 代替。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止）时的等效电路如上图所示。当开关断开（MOSFETS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Inductorcurrentton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

5、说，控制电 路的消耗某种意义上是浪费掉的，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） CCME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 CCMT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。“矢管SM枚电用波根电惟/由任波不驻源横曾D电波液出输出电誉C电流波行ton时，开关管S为导通状态，二极管D处于截止状态，流经电感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

6、导通时的压降和电流取样电阻 Rs上的压降之和，约 0.60.9VUC3842ICtoff时，开关管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 ILoff满足下式。 （匕+修一褊f术二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。二加/T,即最大占空比Dm匕+匕一匕匕+%-匕 K丁宏除十万个为什金如果忽略电感损耗，电感输入功率等于电源的输出功率V】X f Ha t- J 匕)X In电感的平均电流:A-(arr)一L1 一。同时可得电感器电流纹波A/z =(KMLf式中：f为开关频率。为保证电流连续，电感电流应满足lu HVf*）A0/2综合以上，可得到满足电流连续情况下的电感值为：r_2（K-K）D（l -。）L-币Is(max