Boost电源事理及工作过程详解_电感_电流

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Boost电路在电池的一些场景非常常见，用于给电池电压升压后再给电路进行供电的场景比较多。
随着电动汽车的飞速发展，在汽车电子的场景利用也越来越多。

开关电源的紧张部件包括：输入源、开关管、储能电感、掌握电路、二极管、负载和输出电容。
如果功率不是特殊大，IC厂家会将开关管、掌握电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar工艺的电源管理IC中，极大简化了外部电路。

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按照是否集成MOSFET，可以将电源IC分类为转换器、掌握器。

（图片来自网络侵删）

一样平常讲解Boost的示例中所示的DC/DC开关稳压器都是非同步的，个中利用了整流二极管，如上图所示。

在同步稳压器中，利用MOSFET代替。
因此，须要一个额外的栅极驱动器用于同步MOSFET。

2、Boost事理讲解一、开关电源占空比D、电感值L、效率η公式推导

Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑构造，本文将利用如图1-1、1-2所示的电路参考模型：

参考电路模型默认电感的DCR（Direct Constant Resistance）为零。

电容阻碍电压变革，通高频，阻低频，通互换，阻直流;

电感阻碍电流变革，通低频，阻高频，通直流，阻互换;

假定那个开关(三极管或者MOS管)已经断开了很永劫光，所有的元件都处于空想状态，电容电压即是输入电压。

下面要分充电和放电两个部分来解释这个电路。

第一部分：充电

如果掌握器把MOSFET掌握导通。
电源对电感进行充电，如下图所示：

在充电过程中，开关闭合(MOSFET导通)，开关(MOS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，以是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。

第二部分：放电

当开关断开(MOSFET截止)时的等效电路如上图所示。
当开关断开(MOSFET截止)时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会立时变为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，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。

提及来升压过程便是一个电感的能量通报过程。
充电时，电感接管能量，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电路升压过程

开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存;开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。
既然如此，提高转换效率就要从三个方面动手：尽可能降落开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能;尽可能降落负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低;尽可能降落掌握电路的花费，由于对付转换来说，掌握电路的花费某种意义上是摧残浪费蹂躏掉的，不能转化为负载上的能量。

Boost升压电路，可以事情在电流断续事情模式(DCM)和电流连续事情模式(CCM)。
CCM事情模式适宜大功率输出电路，电感电流需保持连续状态，因此，按CCM事情模式来进行特性剖析。

Boost拓扑构造升压电路基本波形如图所示。

ton时，开关管S为导通状态，二极管D处于截止状态，流经电感L和开关管的电流逐渐增大，电感L两端的电压为Vin，考虑到开关管S漏极对公共真个导通压降Vs，即为Vi-Vs。
ton时，通过L的电流增加部分△ILon。

式中：Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs上的压降之和，约0.6~0.9V。

toff时，开关管S截止，二极管D处于导通状态，储存在电感L中的能量供应给输出，流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，设二极管D的正向电压为Vf，toff时，电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi，电流的减少部分△ILoff知足下式。

Vf为整流二极管正向压降，快规复二极管约0.8V，肖特基二极管约0.5V。
在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时。

如果忽略电感损耗，电感输入功率即是电源的输出功率

电感的均匀电流：

同时可得电感器电流纹波

式中：f为开关频率。
为担保电流连续，电感电流应知足

综合以上，可得到知足电流连续情形下的电感值为：

其余，由Boost升压电路构造可知，开关管电流峰值Is(max)=二极管电流峰值Id(max)=电感器电流峰值ILP