Boost电路的结构及工作原理

Boost电路定义

　　Boost升压电路的英文名称为“theboostconverter”，或者叫“step-upconverter”，是一种开关直流升压电路，它能够将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流—直流变换器（DC/DCConverter）。

　　直流—直流变换器通过对电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比改变输出电压平均值。

　　假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，那么电容电压等于输入电压。

　　开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，成为升压电感。

　　Boost电路结构

　　下面以UC3842的Boost电路为例介绍Boost电路的结构。

　　图中输入电压Vi=16~20V，既供给芯片，又供给升压变换。

　　开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。

　　当开关管导通时，电感以Vi/L的速度充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以（Vo-Vi）/L的速度释放到输出电容器C2中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。

　　整个稳压过程由二个闭环来控制，即：

　　闭环1输出电压通过取样后反馈给误差放大器，用于同放大器内部的2.5V基准电压比较后产生误差电压，误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。

　　闭环2Rs为开关管源极到公共端间的电流检测电阻，开关管导通期间流经电感L的电流在Rs上产生的电压送至PwM比较器同相输入端，与误差电压进行比较后控制调制脉冲的脉宽，从而保持稳定的输出电压。误差信号实际控制着峰值电感电流。

　　Boost电路的工作原理

　　Boost电路的工作原理分为充电和放电两个部分来说明。

　　充电过程

　　在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路图入下图所示，开关（三极管）处用导线代替。

　　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。

　　放电过程

　　如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。

　　当开关断开（三极管截止）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，于是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，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电路参数设计

　　对于Boost电路，电感电流连续模式与电感电流非连续模式有很大的不同，非连续模式输出电压与输入电压，电感，负载电阻，占空比还有开关频率都有关系。而连续模式输出电压的大小只取决于输入电压和占空比。

　　输出滤波电容的选择

　　在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。

　　Boost电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。

　　对于Boost电路，电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。

　　电容的阻抗由三部分组成，即等效串联电感（ESL），等效串联电阻（ESR）和电容值（C）。

　　在电感电流连续模式中，电容的大小取决于输出电流、开关频率和期望的输出纹波。

　　在MOSFET开通时，输出滤波电容提供整个负载电流。

　　电感

　　在开关电源中，电感的作用是存储能量。

　　电感的作用是维持一个恒定的电流，或者说，是限制电感中电流的变化。

　　在Boost电路中，选择合适电感量通常用来限制流过它的纹波电流。

　　电感的纹波电流正比于输入电压和MOSFET开通时间，反比于电感量。电感量的大小决定了连续模式和非连续模式的工作点。

　　除了电感的感量外，选择电感还应注意它最大直流或者峰值电流，和最大的工作频率。

　　电感电流超过了其额定电流或者工作频率超过了其最大工作频率，都会导致电感饱和及过热。

　　MOSFET

　　在小功率的DC/DC变化中，PowerMOSFET是最常用的功率开关。MOSFET的成本比较低，工作频率比较高。

　　设计中选取MOSFET主要考虑到它的导通损耗和开关损耗。

　　要求MOSFET要有足够低的导通电阻RDS（ON）和比较低的栅极电荷Qg。

　　Boost电路的应用领域

　　MAX1771

　　MAX1771是美信公司的电源管理芯片，可以做为升压电路使用，电路结构为Boost电路，如下图2.1所示。当电压输入电压的范围是5-12V，输出根据的调节范围是24-36V。引脚1输出PWM来控制场效应管IRF3205的导通与截止。引脚3是电压反馈端，内置1.25V的稳压源。当输入到3脚的电压高于或低于1.25V时，芯片会自动调节PWM占空比的减小或增大，以得到稳定的输出。

　　TL494

　　TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。

　　IR2110

　　IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路及无门锁CMOS技术，于1990年前后开发并投放市场的大功率MOSFET和IGBT专用栅极驱动集成电路，已在电源变换、马达调速等功率驱动领域中获得了广泛的应用。

　　FAN7930C

　　FAN7930C是一款有源功率因数校正（PFC）控制器，采用8脚SOP封装。用于在临界导通模式（CRM）下运行的升压PFC应用。