开关电源Boost电路原理分析

CHANBAEK 2023-11-22 6487

描述

1 、Boost电路原理

开关电源Boost电路是一种升压型DC-DC转换电路，其输出电压高于输入电压。

Boost电路拓扑图如下图所示，该电路由开关管Q、电感L、输出滤波电容C、二极管D和负载R组成。其中开关管通常由PWM波驱动导通和关闭，控制电感储能、释放能量，进而实现升压。

开关电源

Boost电路拓扑结构图

开关管Q导通时，导通电阻RdsON很小，相当于短路，此时，二极管左侧短路到地，右侧电容电压不能突变，因此二极管处于处于截止状态。输入电源Vin给电感L充电，电感储能，因为电感两端电流不能突变（变大），电感会产生反向电动势阻止电流变大，电感L两端电压极性左正右负，电感两端电压UL = Vin，等效电路如下图所示。注意此时由电容C给负载供电，随着时间增加，电容C不断放电，其两端电压（即输出电压）逐渐减小。

开关电源

Boost电路开关管Q导通时等效电路图

开关管Q截止时，相当于断路，二极管导通，等效电路如下图所示。电感电流不能突变（变小），电感会产生反向电动势阻止电流变小，电感两端电压极性左负右正，电感两端电压UL =Vout-Vin，此时电感处于放电状态。可以理解为电感相当于一节电池，和Vin（另一节电池）串联，一起给负载供电，同时给电容C充电，因此输出电压高于输入电压。

开关电源 Boost电路开光管Q截止时等效电路图

下面对流过电感电流、电感两端电压以及输出电压进行分析。MOS管开关周期为Ts，导通时间为Ton,闭合时间为Toff，占空比D=Ton/Ts。

根据电感伏秒平衡定律，即ULTon=ULToff。

对于Boost电路而言，ULTon = VinTon,UL Toff=(Vout-Vin) （Ts-Ton）

即Vin Ton = (Vout-Vin) （Ts-Ton）,通过公式推导，

占空比D = (Vout-Vin)/Vout。

对参数有了理解后，对开关管导通关闭时电感电流、电感电压输出电压进行分析，如图所示。

开关电源

由上图可知，在开关管导通时，即Ton期间，电感电流不断增大，电感两端电压为Vin,Ton期间由输出电容放电为负载供电，电容两端电压不断减小即输出电压Vout不断减小，当输出电压小于设计值一定程度时，开关管关闭。开关管关闭后，Toff期间流过电感电流减小，电感两端电压为Vin-Vout,Toff期间Vin和电感一起为负载供电，输出电压不断增大，当高于设计值一定程度时，开关管再次导通，不断重复开关管导通关闭，来控制电感储能和释放能量，实现升压。

2、同步类型BOOST电路

上述电路拓扑为异步Boost电路，但是二极管导通压降较大，功耗相对较高，对于有高效率需求的应用就不具有优势了，因此通会选择同步Boost芯片，同步Boost升压电路拓扑将二极管更换为MOS管，同步Boost电路图示意如下。

开关电源

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