Boost電路的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)

Boost 電路的原理圖如下圖所示

當(dāng)MOSFET開(kāi)通時(shí)，電源給電感L充電，電感儲(chǔ)能，電容放電。電感上的電流增加量（電感線(xiàn)圈未飽和時(shí)）為：

其中：D為占空比，T為開(kāi)關(guān)周期。

當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，電感放電，電感的能量通過(guò)二極管傳遞到負(fù)載。電感上的電流不斷減小，忽略二極管的壓降，則電流變化為：

電感電流連續(xù)模式時(shí)，在穩(wěn)態(tài)條件下，電感上的電流增加等于其電流減小，即

于是整理可得：

因?yàn)?

電感電流非連續(xù)模式時(shí)，MOSFET開(kāi)通狀態(tài)下，電感電流的增值為：

MOSFET關(guān)斷狀態(tài)下，電感電流的下降值為：

電感電流上升值等于下降值，即

整理得：

因?yàn)樵诖四Ｊ较码姼须娏魇遣贿B續(xù)的，所以每個(gè)周期電感電流都會(huì)下降至零。輸出電流等于電感電流的平均值，即

由此可以看出，對(duì)于Boost電路，電感電流連續(xù)模式與電感電流非連續(xù)模式有很大的不同，非連續(xù)模式輸出電壓與輸入電壓，電感，負(fù)載電阻，占空比還有開(kāi)關(guān)頻率都有關(guān)系。而連續(xù)模式輸出電壓的大小只取決于輸入電壓和占空比。

輸出濾波電容的選擇

在開(kāi)關(guān)電源中，輸出電容的作用是存儲(chǔ)能量，維持一個(gè)恒定的電壓。Boost電路的電容選擇主要是控制輸出的紋波在指標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)于Boost電路，電容的阻抗和輸出電流決定了輸出電壓紋波的大小。電容的阻抗由三部分組成，即等效串聯(lián)電感（ESL），等效串聯(lián)電阻（ESR）和電容值（C）。

在電感電流連續(xù)模式中，電容的大小取決于輸出電流、開(kāi)關(guān)頻率和期望的輸出紋波。在MOSFET開(kāi)通時(shí)，輸出濾波電容提供整個(gè)負(fù)載電流。在Boost電路中，為了滿(mǎn)足期望的輸出紋波電壓，電容值可以按下式選取

其中：Iomax為較大的輸出電流；

Dmax為較大的占空比

對(duì)電感電流非連續(xù)模式，電容為

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于電容的ESR，為了保證較小的紋波電壓，必須要選擇更大容值的電容。

在電感電流連續(xù)模式中，假設(shè)電容值足夠大以至于可以忽略。就要有足夠小的ESR來(lái)限制輸出的電壓紋波。

在電感電流非連續(xù)模式下：

紋波電流通過(guò)電容的ESR中會(huì)產(chǎn)生功率損耗，這個(gè)損耗會(huì)使電容內(nèi)部的溫度上升。過(guò)度的溫升會(huì)大大縮短電容的使用壽命。在不同的環(huán)境溫度下，電容都有額定的紋波電流。通過(guò)電容的電流不能超過(guò)其額定值。通過(guò)輸出電容電流的有效值為

ESL可以通過(guò)選用低ESL的電容，限制引線(xiàn)線(xiàn)長(zhǎng)度（PCB以及電容），和采用多個(gè)小電容并聯(lián)的形式來(lái)控制它的大小。

有三種低阻抗的電容，鋁、有機(jī)半導(dǎo)體和固體鉭電容都適合于一般低成本的商業(yè)領(lǐng)域。低阻抗鋁電解電容成本低，在較小的封裝下可以提供更大的容量。但其ESR比較大。有機(jī)半導(dǎo)體電解電容在工業(yè)電源中用的越來(lái)越普遍。它可以提供較小的ESR和比較大的容量。固體鉭電容可以提供低的ESR和ESL以及比較大的容量。在開(kāi)關(guān)電源中是比較理想的選擇。

在開(kāi)關(guān)電源中，電感的作用是存儲(chǔ)能量。電感的作用是維持一個(gè)恒定的電流，或者說(shuō)，是限制電感中電流的變化。

在Boost電路中，選擇合適電感量通常用來(lái)限制流過(guò)它的紋波電流。電感的紋波電流正比于輸入電壓和MOSFET開(kāi)通時(shí)間，反比于電感量。電感量的大小決定了連續(xù)模式和非連續(xù)模式的工作點(diǎn)。

除了電感的感量外，選擇電感還應(yīng)注意它較大直流或者峰值電流，和較大的工作頻率。電感電流超過(guò)了其額定電流或者工作頻率超過(guò)了其較大工作頻率，都會(huì)導(dǎo)致電感飽和及過(guò)熱。

磁器件廠(chǎng)家提供了很多的電感都可用于DC/DC變換器。開(kāi)關(guān)電源中最常用的磁心是鐵氧體和電工鐵。

由于電感繞線(xiàn)的直流電阻，電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生電感銅損。同時(shí)，由于電感的交流電流會(huì)導(dǎo)致磁通交變，產(chǎn)生磁損。功率損耗會(huì)引起電感的溫度上升，過(guò)度的溫升會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)的絕緣降低。

Boost電路中，電感的損耗可以由下式計(jì)算

其中：Rcu為繞線(xiàn)電阻；

Pcore為磁損，可以有磁心廠(chǎng)家的數(shù)據(jù)手冊(cè)中查到。

在小功率的DC/DC變化中，Power MOSFET是最常用的功率開(kāi)關(guān)。MOSFET的成本比較低，工作頻率比較高。設(shè)計(jì)中選取MOSFET主要考慮到它的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。要求MOSFET要有足夠低的導(dǎo)通電阻RDS(ON)和比較低的柵極電荷Qg。

MOSFET的耗散功率可以由下式計(jì)算

選擇續(xù)流二極管的重要的標(biāo)準(zhǔn)是：開(kāi)通速度、擊穿電壓、額定電流、正向?qū)妷?。開(kāi)關(guān)電源中，通常選擇低正向?qū)妷旱?a target="_blank">肖特基二極管。

續(xù)流二極管的損耗計(jì)算：