boost升壓電路原理
boost升壓電路,開關(guān)直流升壓電路（即所謂的boost或者step-up電路）原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一種開關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。
基本電路圖見圖一。
假定那個(gè)開關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。
下面要分充電和放電兩個(gè)部分來說明這個(gè)電路
充電過程
在充電過程中，開關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如圖二，開關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。
放電過程
如圖，這是當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時(shí)的等效電路。當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。
說起來升壓過程就是一個(gè)電感的能量傳遞過程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。
如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。
如果這個(gè)通斷的過程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。
一些補(bǔ)充1 AA電壓低,反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開關(guān)管,整流管,及其他損耗(含電感上).
1.電感不能用磁體太小的(無法存應(yīng)有的能量),線徑太細(xì)的(脈沖電流大,會(huì)有線損大).
2 整流管大都用肖特基,大家一樣,無特色,在輸出3.3V時(shí),整流損耗約百分之十.
3 開關(guān)管,關(guān)鍵在這兒了,放大量要足夠進(jìn)飽和,導(dǎo)通壓降一定要小,是成功的關(guān)鍵.總共才一伏,管子上耗多了就沒電出來了,因些管壓降應(yīng)選最大電流時(shí)不超過0.2--0.3V,單只做不到就多只并聯(lián).......
4 最大電流有多大呢?我們簡(jiǎn)單點(diǎn)就算1A吧,其實(shí)是不止的.由于效率低會(huì)超過1.5A,這是平均值,半周供電時(shí)為3A,實(shí)際電流波形為0至6A.所以咱建議要用兩只號(hào)稱5A實(shí)際3A的管子并起來才能勉強(qiáng)對(duì)付.
5 現(xiàn)成的芯片都沒有集成上述那么大電流的管子,所以咱建議用土電路就夠?qū)Ω堆箅娐妨?
以上是書本上沒有直說的知識(shí),但與書本知識(shí)可對(duì)照印證.
開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存；開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個(gè)方面著手：1.盡可能降低開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能；2.盡可能降低負(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)回路的損耗最低；3.盡可能降低控制電路的消耗，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)換來說，控制電路的消耗某種意義上是浪費(fèi)掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。
具體計(jì)算
已知參數(shù)：
輸入電壓：12V --- Vi
輸出電壓：18V ---Vo
輸出電流：1A --- Io
輸出紋波：36mV --- Vpp
工作頻率：100KHz --- f
1：占空比
穩(wěn)定工作時(shí)，每個(gè)開關(guān)周期，導(dǎo)通期間電感電流的增加等于關(guān)斷期間電感電流的減少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有
don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),參數(shù)帶入，don=0.572
2：電感量
先求每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感初始電流等于輸出電流時(shí)的對(duì)應(yīng)電感的電感量
其值為Vi*(1-don)/(f*2*Io)，參數(shù)帶入，Lx=38.5uH,
deltaI=Vi*don/(L*f)，參數(shù)帶入，deltaI=1.1A
當(dāng)電感的電感量小于此值Lx時(shí)，輸出紋波隨電感量的增加變化較明顯，
當(dāng)電感的電感量大于此值Lx時(shí)，輸出紋波隨電感量的增加幾乎不再變小，由于增加電感量可以減小磁滯損耗，另外考慮輸入波動(dòng)等其他方面影響取L=60uH，
deltaI=Vi*don/(L*f),參數(shù)帶入，deltaI=0.72A，
I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI，
參數(shù)帶入，I1=1.2A,I2=1.92A
3：輸出電容：
此例中輸出電容選擇位陶瓷電容，故 ESR可以忽略
C=Io*don/(f*Vpp),參數(shù)帶入，
C=99.5uF，3個(gè)33uF/25V陶瓷電容并聯(lián)
4：磁環(huán)及線徑：
查找磁環(huán)手冊(cè)選擇對(duì)應(yīng)峰值電流I2=1.92A時(shí)磁環(huán)不飽和的適合磁環(huán)
Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，參數(shù)帶入，irms=1.6A
按此電流有效值及工作頻率選擇線徑
其他參數(shù)：
電感：L 占空比：don
初始電流：I1 峰值電流：I2 線圈電流：Irms
輸出電容：C 電流的變化：deltaI 整流管壓降：Vd BOOST升壓電路中：
電感的作用：是將電能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件，當(dāng)MOS開關(guān)管閉合后，電感將電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來，當(dāng)MOS斷開后電感將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能，且這個(gè)能量在和輸入電源電壓疊加后通過二極管和電容的濾波后得到平滑的直流電壓提供給負(fù)載，由于這個(gè)電壓是輸入電源電壓和電感的磁碭能轉(zhuǎn)換為電能的疊加后形成的，所以輸出電壓高于輸入電壓，既升壓過程的完成；
肖特基二極管主要起隔離作用，即在MOS開關(guān)管閉合時(shí)，肖特基二極管的正極電壓比負(fù)極電壓低，此時(shí)二極管反偏截止，使此電感的儲(chǔ)能過程不影響輸出端電容對(duì)負(fù)載的正常供電；因在MOS管斷開時(shí)，兩種疊加后的能量通過二極向負(fù)載供電，此時(shí)二極管正向?qū)ǎ笃湔驂航翟叫≡胶茫M量使更多的能量供給到負(fù)載端！！
電感升壓原理：
什么是電感型升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器？
如圖1所示為簡(jiǎn)化的電感型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，閉合開關(guān)會(huì)引起通過電感的電流增加。打開開關(guān)會(huì)促使電流通過二極管流向輸出電容。因儲(chǔ)存來自電感的電流，多個(gè)開關(guān)周期以后輸出電容的電壓升高，結(jié)果輸出電壓高于輸入電壓。
決定電感型升壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的因素是什么？
在圖2所示的實(shí)際電路中，帶集成功率MOSFET的IC代替了機(jī)械開關(guān)，MOSFET的開、關(guān)由脈寬調(diào)制(PWM)電路控制。輸出電壓始終由PWM占空比決定，占空比為50%時(shí)，輸出電壓為輸入電壓的兩倍。將電壓提高一倍會(huì)使輸入電流大小達(dá)到輸出電流的兩倍，對(duì)實(shí)際的有損耗電路，輸入電流還要稍高。
電感值如何影響電感型升壓轉(zhuǎn)換器的性能？
因?yàn)殡姼兄涤绊戄斎牒洼敵黾y波電壓和電流，所以電感的選擇是感性電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。等效串聯(lián)電阻值低的電感，其功率轉(zhuǎn)換效率最佳。要對(duì)電感飽和電流額定值進(jìn)行選擇，使其大于電路的穩(wěn)態(tài)電感電流峰值。
電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路輸出二極管選擇的原則是什么？
升壓轉(zhuǎn)換器要選快速肖特基整流二極管。與普通二極管相比，肖特基二極管正向壓降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二極管平均電流額定值應(yīng)大于電路最大輸出電壓。
怎樣選擇電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路的輸入電容？
升壓調(diào)節(jié)器的輸入為三角形電壓波形，因此要求輸入電容必須減小輸入紋波和噪聲。紋波的幅度與輸入電容值的大小成反比，也就是說，電容容量越大，紋波越小。如果轉(zhuǎn)換器負(fù)載變化很小，并且輸出電流小，使用小容量輸入電容也很安全。如果轉(zhuǎn)換器輸入與源輸出相差很小，也可選小體積電容。如果要求電路對(duì)輸入電壓源紋波干擾很小，就可能需要大容量電容，并(或)減小等效串聯(lián)電阻(ESR)。
在電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路中，選擇輸出電容時(shí)要考慮哪些因素？
輸出電容的選擇決定于輸出電壓紋波。在大多數(shù)場(chǎng)合，要使用低ESR電容，如陶瓷和聚合物電解電容。如果使用高ESR電容，就需要仔細(xì)查看轉(zhuǎn)換器頻率補(bǔ)償，并且在輸出電路端可能需要加一額外電容。
進(jìn)行電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路布局時(shí)需要考慮哪些因素？
首先輸入電容應(yīng)盡可能靠近IC，這樣可以減小影響IC輸入電壓紋波的銅跡線電阻。其次，將輸出電容置于IC附近。連接輸出電容的銅跡線長(zhǎng)會(huì)影響輸出電壓紋波。第三點(diǎn)是，盡量減小連接電感和輸出二極管的跡線長(zhǎng)度，減小功耗并提高效率。最后一點(diǎn)是，輸出反饋電阻遠(yuǎn)離電感可以將噪聲影響降至最小。
電感型升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用在哪些場(chǎng)合？
電感型升壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域是為白光LED供電，該白光LED能為電池供電系統(tǒng)的液晶顯示(LCD)面板提供背光。在需要提升電壓的通用直流-直流電壓穩(wěn)壓器中也可使用。
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