淺談Boost升壓電路的原理及設計

L可選用電感量為140~200μH且通過(guò)5A以上電流不會(huì )飽和的電感器。電感的設計包括磁芯材料、尺寸、型號選擇及繞組匝數計算、線(xiàn)徑選用等。電路工作時(shí)重要的是避免電感飽和、溫升過(guò)高。磁芯和線(xiàn)徑的選擇對電感性能和溫升影響很大，材質(zhì)好的磁芯如環(huán)形鐵粉磁芯，承受峰值電流能力較強，EMI低。而選用線(xiàn)徑大的導線(xiàn)繞制電感，能有效降低電感的溫升。

3.2 輸出電壓取樣電阻R1、R2

因UC3842的腳2為誤差放大器反向輸入端，芯片內正向輸入端為基準2.5v，可知輸出電壓Vo=2.5(1+R1/R2)，根據輸出電壓可確定取樣電阻R1、R2的取值。

由于儲能電感的作用，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)會(huì )形成大的尖峰電流，在檢測電阻Rs上產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖，為防止造成UC3842的誤動(dòng)作，在Rs取樣點(diǎn)到UC3842的腳3間加入R、C濾波電路，R、C時(shí)間常數約等于電流尖峰的持續時(shí)間。

3.3 開(kāi)關(guān)管S

開(kāi)關(guān)管的電流峰值由式(10)得

Iv(max)=ILP=5.11A

開(kāi)關(guān)管的耐壓由式(11)得

Vds(off)=Vo+Vf=40+0.8=40.8V

按20%的余量，可選用6A/50V以上的開(kāi)關(guān)管。為使溫升較低，應選用Rds較小的MOS開(kāi)關(guān)管，要考慮的是通態(tài)電阻Rds會(huì )隨PN結溫度T1的升高而增大。

圖4為實(shí)測開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)電壓波形和電流瞬態(tài)波形圖。

3.4 輸出二極管D和輸出電容器C2

升壓電路中輸出二極管D必須承受和輸出電壓值相等的反向電壓，并傳導負載所需的最大電流。二極管的峰值電流Id(max)=ILP=5.11A，本電路可選用6A/50V以上的快恢復二極管，若采用正向壓降低的肖特基二極管，整個(gè)電路的效率將得到提高。輸出電容C2的選定取決于對輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。

電容的ESR△Vo/△IL=40x1%/1.33=O.3Ω。

另外，為滿(mǎn)足輸出紋波電壓相對值的要求，濾波電容量應滿(mǎn)足

根據計算出的ESR值和容量值選擇電容器，由于低溫時(shí)ESR值增大，故應按低溫下的ESR來(lái)選擇電容，因此，選用560μF/50V以上頻率特性好的電解電容可滿(mǎn)足要求。

3.5 外補償網(wǎng)絡(luò )

UC3842誤差放大器的輸出端腳l與反相輸入端腳2之間外接補償網(wǎng)絡(luò )Rf、Cf。 Rf、Cf的取值取決于UC3842環(huán)路電壓增益、額定輸出電流和輸出電容，通過(guò)改變Rf、Cf的值可改變放大器閉環(huán)增益和頻響。為使環(huán)路得到最佳補償，可測試環(huán)路的穩定度，測量Io脈動(dòng)時(shí)輸出電壓Vo的瞬態(tài)響應來(lái)加以判斷。

圖5為Cf選用0.0lμF和470pF時(shí)動(dòng)態(tài)響應控制波形的區別，上沖下降幅度和復位時(shí)間都有差別。

3.6 斜坡補償

在實(shí)用電路中，增加斜坡補償網(wǎng)絡(luò )，一般有二種方法，一是從斜坡端腳4接補償網(wǎng)絡(luò )Rx、Cx至誤差放大器反相輸入端腳2，使誤差放大器輸出為斜坡?tīng)?，再與Rs上感應的電壓比較。二是從斜坡端腳4接補償網(wǎng)絡(luò )Rx、Cx到電流感應端腳3，將在Rs的感應電壓上增加斜坡的斜率，再與平滑的誤差電壓進(jìn)行比較，作用是防止諧波振蕩現象，避免UC3842工作不穩定，同時(shí)改善電流型控制開(kāi)關(guān)電壓的噪聲特性。本文采用方法二。

3.7 保護電路

當UC3842的腳3電壓升高超過(guò)1V或腳1電壓降到1V以下，都可使PWM比較器輸出高電平，造成PWM鎖存器復位。根據UC3842關(guān)閉特性，可以很容易在電路中設置過(guò)壓保護和過(guò)流保護。本電路中Rs上感應出的峰值電流形成逐個(gè)脈沖限流電路，當腳3達到1V時(shí)就會(huì )出現限流現象，所以，整個(gè)電路中的電感磁性元件和功率開(kāi)關(guān)管不必設計較大的余量，就能保證穩壓電路工作可靠，降低成本。

4 結語(yǔ)

按以上原理和計算設計丁輸入18V，輸出40V的80W升壓DC/DC電路，整個(gè)電路調試容易，工作穩定，可靠性高，效率達80%以上，特別是成本低，已應用于實(shí)際設備中。另外，可根據具體的電路指標要求，對電路靈活控制、變動(dòng)，設計出其他的應用電路。