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Boost电路的结构及工作原理

文章出处:电子市场 发布时间: 2017/11/29 17:00:58 | 314 次阅读 | 0次推荐 | 0条留言

  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。

 

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