boost升壓電路工作原理

boost升壓電路是一種開關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。
基本電路圖見圖一：

假定那個開關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開了很長時間，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部分來說明這個電路
充電過程
在充電過程中，開關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如圖二，開關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時，輸入電壓流過電感。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性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。


放電過程
如圖，這是當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時的等效電路。當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。


說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。
如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續(xù)的電流。
如果這個通斷的過程不斷重復(fù)，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(無法存應(yīng)有的能量),線徑太細(xì)的(脈沖電流大,會有線損大).
2 整流管大都用肖特基,大家一樣,無特色,在輸出3.3V時,整流損耗約百分之十.
3 開關(guān)管,關(guān)鍵在這兒了,放大量要足夠進(jìn)飽和,導(dǎo)通壓降一定要小,是成功的關(guān)鍵.總共才一伏,管子上耗多了就沒電出來了,因些管壓降應(yīng)選最大電流時不超過0.2--0.3V,單只做不到就多只并聯(lián).......
4 最大電流有多大呢?我們簡單點就算1A吧,其實是不止的.由于效率低會超過1.5A,這是平均值,半周供電時為3A,實際電流波形為0至6A.所以咱建議要用兩只號稱5A實際3A的管子并起來才能勉強對付.
5 現(xiàn)成的芯片都沒有集成上述那么大電流的管子,所以咱建議用土電路就夠?qū)Ω堆箅娐妨?
以上是書本上沒有直說的知識,但與書本知識可對照印證.
開關(guān)管導(dǎo)通時，電源經(jīng)由電感-開關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存；開關(guān)管關(guān)斷時，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個方面著手：1.盡可能降低開關(guān)管導(dǎo)通時回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能；2.盡可能降低負(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時回路的損耗最低；3.盡可能降低控制電路的消耗，因為對于轉(zhuǎn)換來說，控制電路的消耗某種意義上是浪費掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。
具體計算
已知參數(shù)：
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(wěn)定工作時，每個開關(guān)周期，導(dǎo)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(shù)帶入，don=0.572
2：電感量
先求每個開關(guān)周期內(nèi)電感初始電流等于輸出電流時的對應(yīng)電感的電感量
其值為Vi*(1-don)/(f*2*Io)，參數(shù)帶入，Lx=38.5uH,
deltaI=Vi*don/(L*f)，參數(shù)帶入，deltaI=1.1A
當(dāng)電感的電感量小于此值Lx時，輸出紋波隨電感量的增加變化較明顯，
當(dāng)電感的電感量大于此值Lx時，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，另外考慮輸入波動等其他方面影響取L=60uH，
deltaI=Vi*don/(L*f),參數(shù)帶入，deltaI=0.72A，
I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI，
參數(shù)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(shù)帶入，
C=99.5uF，3個33uF/25V陶瓷電容并聯(lián)
4：磁環(huán)及線徑：
查找磁環(huán)手冊選擇對應(yīng)峰值電流I2=1.92A時磁環(huán)不飽和的適合磁環(huán)
Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，參數(shù)帶入，irms=1.6A
按此電流有效值及工作頻率選擇線徑
其他參數(shù)：
電感：L 占空比：don
初始電流：I1 峰值電流：I2 線圈電流：Irms
輸出電容：C 電流的變化：deltaI 整流管壓降：Vd