一文理解BOOST电路的升压原理

Baekhyn0506 2022-11-08 16696

电源/新能源

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BOOST电路，一个作为硬件工程师熟悉的不能再熟悉的硬件电路。其在很多硬件领域都会运用到。

就拿小白所在的手机/平板领域，其也用到了很多和BOOST相关的模块化设计。例如屏幕的背光模块，音频功放的SMART PA模块以及闪光灯驱动模块等等。虽用到了不同的IC，但其终究到底还是BOOST电路的延伸化设计。只要你能熟悉BOOST相关的知识，就能轻松了解其中的这些模块设计的原理。即使在遇到陌生的升压模块电路的相关IC，你也能熟练的搭建其外围电路。

说了那么多，接下来开始进入我们的主题-BOOST电路。

首先，先上图。

boost电路

图为最简单的BOOST升压电路的电路图。主要包含了电源V1，肖特基二极管D1，功率电感L1，以及NMOS管Q1和电容C1,负载R1。

其中，MOS管的源极接地，栅极接入一定频率的PWM波。

了解过MOS管的都知道，MOS管属于电压驱动型器件。只要给予G极一定的电压使得GS之间存在一定的压差，满足VGS>VGS(th)即可使MOS管处于导通状态。PWM作为一定频率的方波，其电平高低起伏变化。

当G极为高电平时，此时MOS管导通，忽略DS压降的情况下，可看作是一条导线。

当G极为低电平时，此时MOS管关闭，可看作为断路。

PWM高低电平不停的变化，也就造成了MOS管所在的支路，不停的导通与断开。只要导通与关闭的频率足够的大，其就能输出一个稳定的电压。

讨论此电路，我还是分下面两种场景进行讨论。

(1)MOS管由关闭到导通状态：电路电流流向：V1正极→L1→V1负极。电源供电几乎全部给了电感L1，电感进行储能。同时与负载并联的C1此阶段进行放电，C1两端的电压不能突变。D1的存在，防止了C1对地放电。

(2)MOS管由导通到断开状态：电路电流流向：V1正极→L1→D1→R1→V1负极。由于电感属于储能元件，且具备电流不能突变的原因，所以此时流经电感的电流，依旧保持和MOS管导通时的方向，且断开状态下，电感对外界释放能量。

为了更好的理解其具备升压的作用，我们可以简单的将电感类比于一块电池。在MOS管断开的状态下，电池内部电流走向由负极→正极，外部电流由正极→负极。所以电感的两端，左端看作为负极，右端则为正极。其刚好与V1串联，也就相当于两块电池串联，其共同作用给与负载R1传递能量。此时负载电阻的电压必定大于输入电压V1，因此也就达到了升压的目的。

BOOST升压的原理，我们知道了。其由MOS管的导通与关闭共同作用产生的。了解了原理，依旧不能忘记输出电压值的计算，其与哪些参数强相关。

电感存在电压平衡秒伏定理。在开关电源中，即加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感两端电压乘以关断时间。在此电路中，忽略MOS管压降与肖特二极管压降等理想状态下。

导通时，电感两端电压为Vin，导通时间DT。

关闭时，电感两端电压为Vo-Vin，关闭时间为(1-D)T。

所以VinDT=(Vo-Vin)(1-D)T。

Vo=VinD /(1-D) +Vin

Vo=Vin/(1-D)

所以，我们可以看出输出的电压值主要取决于输入电压值与PWM的占空比有关。其中，当占空比为50%时，输出电压为输入电压的二倍。

讲完了输出电压，接着讲一讲另一个值得关注的物理量-电感电流，其需要用到一个公式 UL=L*di /dt。

根据公式可以推出，电感电流值I与时间成正比与电感值成反比。因此，我们在用示波器测量流经电感的电流波形时，会发现其是存在一定斜率的直线，而并非我们常见的水平的直线。其中，MOS管导通与关闭的情况下，电感的极性会发生反向，因此看到的完整的电流的波形，应该属于折现的形状。

boost电路

因此也就有了仿真电路图中，示波器里的粉红色的波形。对于电感的选取也非常重要，其感值以及饱和电流都是值得关注的地方。具体怎么个选择，这不是今天的文章所要讨论的，我后面再专门做一期进行推送。

BOOST电路作为非常重要的知识，作为硬件工程师都应该要了解的电路。小白以简洁的方式进行了描述，希望大家能明白。

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