BOOST电路设计与工作原理讲解

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一、基本工作原理当开关SW1闭合时 , 电流从电源VIN流出 , 路径为:VIN→L1→SW1→GND 。 此时电感储存磁能(电流逐渐增大) , 而电容C2向负载供电(维持VOUT电压) 。
当SW1关断时 , 电感中的电流无法突变 , 为维持电流大小 , 电感两端会产生一个感应电动势(极性为左负右正) 。 电感电压与电源电压串联叠加 , 通过二极管D1向电容C2充电 , 同时为负载供电 。 此时VOUT电压被抬升至高于VIN 。
当SW1再次闭合时 , 二极管D1因反向偏置而截止 , 阻止电容C2通过SW1放电 。 电容C2只能通过负载以RC时间常数确定的速率 , 从而保持输出电压VOUT的稳定性 。 通过调节开关管的占空比(导通时间与周期的比例) , 电感不断储能—释能 , 电容持续充放电 , 最终在输出端获得稳定的升压效果(VOUT > VIN) 。

二、电路设计关键参数1. 电感的选择与计算
在BOOST升压电路中 , 电感器的选择对电路工作模式、输出电压稳定性及效率至关重要 , 需重点考量电感值与饱和电流:电感值大小决定电流变化速率 , 若过高会延长启动时间 , 过低则可能使开关元件关闭时电流迅速降为零而进入断续导通模式(DCM);电感的饱和电流必须大于电路正常工作时的最大电流(包含稳态峰值电流与瞬态尖峰电流) , 以防饱和导致电感性能衰退、引发过流等故障 。
电感值的计算通常依据以下公式(?IL是电感电流变化量) , 实际取值应比理论值大30%~50%以留足设计余量:

2. 输出滤波的选择与计算
输出滤波器对于滤除开关噪声及维持输出电压稳定性起着关键作用 , 典型的输出滤波器由输出电容器和感测电阻构成 , 其主要参数选择要点如下:
? 输出电容器容量需依据所需纹波电压确定最小容量 , 以通过足够的充放电能力抑制电压波动;
? 等效串联电阻越低 , 滤波效果越优且电容器寿命越长 , 可有效减少纹波电压中的高频分量;
? 感测电阻值需尽可能小 , 以在实现输出电流精确测量的同时降低功率损耗 , 平衡测量精度与能量效率 。
输出电容器的计算公式为(?VOUT是输出电压的允许纹波) , 实际取值应比理论值大30%~50%以留足设计余量:

三、工作模式根据电感电流是否连续 , BOOST电路可分为以下三种工作模式:
1. CCM连续导通模式
其工作特点是:电感电流在整个开关周期内始终大于零 , 适用于较大负载电流场景 , 具有较高的效率 。
其工作过程为:开关导通时 , 二极管反向偏置截止 , 输入电源对电感充电 , 电感电流线性增加 , 负载由输出电容供电;开关关断时 , 电感通过二极管向负载和电容放电 , 电感电流线性减小但保持正值 , 同时为输出电容充电 , 其电压转换关系为Vout = Vin/(1-D)(D为占空比 , 取值范围0<D<1) 。
其需要满足的条件是:

2. BCM临界导通模式
由于电感电流在开关管导通前已降为零 , 因此可实现零电流开关(ZCS) , 有效降低开关损耗 , 在提升电路效率与可靠性方面具有一定优势 。
其需要满足的条件是:

3. DCM断续导通模式
其工作特点是:电感电流在每个开关周期内会降为零 , 适用于轻载或小电流情况 , 且控制特性非线性较强 。
其工作过程为:开关导通阶段与CCM模式相同 , 输入电源对电感充电使电感电流线性上升 , 负载由输出电容供电;开关关断阶段 , 电感通过二极管向负载和电容放电 , 电感电流线性下降至零 , 随后二极管截止 , 负载完全由输出电容供电;在电流为零阶段 , 电感电流保持为零直至下一个周期开始 。 该模式在轻载时可避免CCM模式可能出现的效率下降问题 , 但非线性控制特性对电路设计精度要求更高 。
其需要满足的条件是:
【BOOST电路设计与工作原理讲解】

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