boost升壓電路工作原理

boost升壓電路是一種開(kāi)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(jiàn)圖一：

假定那個(gè)開(kāi)關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開(kāi)了很長(cháng)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(lái)說(shuō)明這個(gè)電路
充電過(guò)程
在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合（三極管導通），等效電路如圖二，開(kāi)關(guān)（三極管）處用導線(xiàn)代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線(xiàn)性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著(zhù)電感電流增加，電感里儲存了一些能量。


放電過(guò)程
如圖，這是當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）時(shí)的等效電路。當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（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(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)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(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)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(guò)程中保持一個(gè)持續的電流。
如果這個(gè)通斷的過(guò)程不斷重復，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。


一些補充1 AA電壓低,反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開(kāi)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(wú)法存應有的能量),線(xiàn)徑太細的(脈沖電流大,會(huì )有線(xiàn)損大).
2 整流管大都用肖特基,大家一樣,無(wú)特色,在輸出3.3V時(shí),整流損耗約百分之十.
3 開(kāi)關(guān)管,關(guān)鍵在這兒了,放大量要足夠進(jìn)飽和,導通壓降一定要小,是成功的關(guān)鍵.總共才一伏,管子上耗多了就沒(méi)電出來(lái)了,因些管壓降應選最大電流時(shí)不超過(guò)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(guò)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稱(chēng)5A實(shí)際3A的管子并起來(lái)才能勉強對付.
5 現成的芯片都沒(méi)有集成上述那么大電流的管子,所以咱建議用土電路就夠對付洋電路了.
以上是書(shū)本上沒(méi)有直說(shuō)的知識,但與書(shū)本知識可對照印證.
開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開(kāi)關(guān)管形成回路，電流在電感中轉化為磁能貯存；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉化為電能在電感端左負右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉換效率就要從三個(gè)方面著(zhù)手：1.盡可能降低開(kāi)關(guān)管導通時(shí)回路的阻抗，使電能盡可能多的轉化為磁能；2.盡可能降低負載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉化為電能，同時(shí)回路的損耗最低；3.盡可能降低控制電路的消耗，因為對于轉換來(lái)說(shuō)，控制電路的消耗某種意義上是浪費掉的，不能轉化為負載上的能量。
具體計算
已知參數：
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
穩定工作時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，導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),參數帶入，don=0.572
2：電感量
先求每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內電感初始電流等于輸出電流時(shí)的對應電感的電感量
其值為Vi*(1-don)/(f*2*Io)，參數帶入，Lx=38.5uH,
deltaI=Vi*don/(L*f)，參數帶入，deltaI=1.1A
當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),參數帶入，deltaI=0.72A，
I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI，
參數帶入，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),參數帶入，
C=99.5uF，3個(gè)33uF/25V陶瓷電容并聯(lián)
4：磁環(huán)及線(xiàn)徑：
查找磁環(huán)手冊選擇對應峰值電流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)，參數帶入，irms=1.6A
按此電流有效值及工作頻率選擇線(xiàn)徑
其他參數：
電感：L 占空比：don
初始電流：I1 峰值電流：I2 線(xiàn)圈電流：Irms
輸出電容：C 電流的變化：deltaI 整流管壓降：Vd