升压式(Boost)转换器
图B1所示为升压式转换器。为另一种藉由周期性开闭一电气开关操作之切换式转换器，被称为升压式转换器，因为其输出电压大于输入电压。电压与电流关系分析之假设如下：
(a)
(b)
(c)
图B1升压式转换器(a)电路(b)开关闭合之等效电路(c)开关打开之等校电路。
1.稳态条件存在。
2.切换周期为T，开关闭合时间为DT，打开时间为(1-D)T。
3.电感器电流为连续(通常为正)。
4.电容很大，输出电压保持固定为Vo。
5.电路组件为理想。
分析步骤为先检视开关闭合时之电感器电压与电流，接着再看开关打开时之电压与电流。
开关闭合之分析当开关闭合，二极管为逆偏，克希荷夫电压定律经过路径为电源、电感器，与闭合开关，
或(16)
电流变化率唯一常数，所以当开关闭合时电流会线性增加，如图B2所示。电感器电流之变化可求得为
(a) (b)
(c) (d)
图B2升压式转换器波形: (a)电感器电压(b)电感器电流(c)二极管电流(d)电容器电流。
解得iL
为，
(17)
开关打开之分析当开关打开，电感器电流无法瞬间改变，所以二极管变成顺偏压以提供一路径给电感电流。假设输出电压Vo为固定，则电感器两端电压为
电感电流之变化率为一常数，所以当开关打开时电流为线性变化。当开关打开时
电感电流之变化为
解得iL ?为，
(18) 在稳态操作下，电感器电流之净变化必须为零。利用(17)与(18)式，
解得Vo ，
(19) 另外，周期性操作下之平均电感电压亦必须为零，一切转换下之平均电感电压可
表示为，
解得Vo 与(19)式相同。
(19)式指出若开关总是打开且D 为零，则输出与输入相同。当责任比增加，(19)
式分母变小，则输出会比输入大。亦即升压式转换器所产生之输出电压会大于或
等于输入电压，而不像降压式转换器会小于输入。
当开关之责任比接近于1，根据(19)式输出会街近无穷大，但(19)式是基于组件为
理想，实际组件包含有损失而会造成避免此情况发生。
图B2所示为升压式转换器之电压与电流波形。
电感器电流平均值可由电源所供应之功率会与负载电阻所吸收功率相同之观点
而求得，输出功率为
输入功率为L s s s I V I V =。计算输入与输出功率且利用(19)式，
或
(20)
最大与最小电感器电流可借着使用电流平均值与变化量由(17)式求得为：
(21)
(22) (19)式是在电感器电流假设为练续下所得到，亦即电流永为正。所以连续电流操作之条件为Imin为正；因此，连续与不连续电感电流间之边界为
或
欲使升压式转换器作连续电流操作之电感与切换率最小组合为
(23)
或
(24)
输出电压涟波
上述方程式是在输出电压假设为常数下所得到，亦即有一无穷大电容器。但实际上，一有限大电容将造成输出电压之变动，或涟波。
连波电压峰对峰值可油电容器电流波形计算得到，如图B2d所示。电容电荷之改变可计算为
则连波之表示为
或
(25)
其中f为切换频率。
题目：BuckdBoost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而BucMoost电路作为DCTC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck^oost电路进行了稳态分析和小信号分析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式，并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式；接着推导了状态空间模型，以在M ATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。 关键词：BuckHBoost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真
1 ?概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC4)C变换器。 作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DCTC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压THE (BuckdBoos 泌］,如图1-1所示。其中BucMoost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) B uck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) B uckHB oost型电路结构 图1-1 DCTC变换器的三种电路结构
BOOST电路设计介绍 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计，对于较大的功率输出，如70W以上的DC／DC升压电路，由于专用升压芯片内部开关管的限制，难于做到大功率升压变换，而且芯片的价格昂贵，在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大，选择合适的控制芯片，便可设计出大功率输出的DC／DC 升压电路。 UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计，常用作隔离回扫式开关电源的控制电路，根据UC3842的功能特点，结合Boost拓扑结构，完全可设计成电流型控制的升压DC／DC电路，且外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842芯片的特点 UC3842工作电压为16~30V，工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器；一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MoSFET的驱动；一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器；具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达100％。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC／DC升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是： 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率； 2)电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而更容易设置控制环路，改善了线性调整率； 3)简化了限流电路，在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关管更有效地工作； 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比，50％的不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差，即使占空比<50％，也可能发生高频次谐波振荡，因而需要斜坡补偿，使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是，同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。 2 Boost电路结构及特性分析 2.1 由UC3842作为控制的Boost电路结构 由UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。
摘要： 本文章着重介绍了如何用实现MPPT（最大功率点跟踪），Boost电路详细的工作原理，其中涉及到multisim的主电路仿真和matlab建模的具体实施的过程，对参数的选择和系统的优化做了详细的描述，在实际测试中更加验证了方案的合理性及实用性。 关键词： MPPT Boost电路 multisim仿真 matlab 数据处理 前言： 随着能源的消耗，可再生能源的发展被放到了越来越重要的位置，在可再生能源资源中,太阳能由于其普遍性,丰富性和可持续性，成为了最基本的、必备的可持续资源，太阳能电池是一种有效的利用太阳光来发电的装置。 太阳能电池的工作电压随着温度升高而下降，而蓄电池的充放电电压随充电电流升高而增加，在太阳电池组件中为保证夏天高温天气能对蓄电池正常充电，组件的标准峰值工作电压一般比较大，从而使太阳电池通常有较大一段区间没有真正工作在最大功率点，造成太阳电池以及蓄电池配置容量增加，增大了光伏系统的成本。这里我们引入一个概念 MPPT （最大功率点跟踪），在一般的光伏系统中都没有没置MPPT 电路，而由太阳能电池直接给蓄电池充电，把MPFF控制技术运用在温差变化较大的场合，特别是对于冬、夏以及全日温差较大的地区有明显的技术意义，MPPT跟踪能有效提高太阳电池的输出。 最大功率跟踪（MPPT）是一个电路动态负载匹配的过程，一般都是在太阳能电池与负载之间接一个DC/DC 变换电路，当外界条件变化引起最大功率点发生变动时，调节与负载电阻并联的 mos管的占空比使得外部的等效电阻始终等于太阳能电池的内阻，实现动态的负载匹配，继而得到了太阳能电池的最大功率输出。 太阳能电池系统的机械结构：
开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理 2007-09-29 13:28 the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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，所以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。
放电过程 如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为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，于是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。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，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。 一些补充 1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗
(含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之 十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证. 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着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。
图一 boost升压电路,开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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，所以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。 放电过程 图三 如图三，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为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，于是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。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，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。 一些补充：AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上). 1 电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十.
Boost电路的结构及工作原理_Boost的应用电路 Boost电路定义Boost升压电路的英文名称为theboostconverter，或者叫step-upconverter，是一种开关直流升压电路，它能够将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流直流变换器（DC/DCConverter）。 直流直流变换器通过对电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比改变输出电压平均值。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，那么电容电压等于输入电压。 开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，成为升压电感。 Boost电路结构下面以UC3842的Boost电路为例介绍Boost电路的结构。 图中输入电压Vi=16~20V，既供给芯片，又供给升压变换。 开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。 当开关管导通时，电感以Vi/L的速度充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以（V o-Vi）/L的速度释放到输出电容器C2中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。整个稳压过程由二个闭环来控制，即： 闭环1输出电压通过取样后反馈给误差放大器，用于同放大器内部的2.5V基准电压比较后产生误差电压，误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。 闭环2Rs为开关管源极到公共端间的电流检测电阻，开关管导通期间流经电感L的电流在Rs上产生的电压送至PwM比较器同相输入端，与误差电压进行比较后控制调制脉冲的脉宽，从而保持稳定的输出电压。误差信号实际控制着峰值电感电流。 Boost电路的工作原理Boost电路的工作原理分为充电和放电两个部分来说明。 充电过程
一种实用的BOOST电路 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计，对于较大的功率输出，如70W以上的DC ／DC升压电路，由于专用升压芯片内部开关管的限制，难于做到大功率升压变换，而且芯片的价格昂贵，在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大，选择合适的控制芯片，便可设计出大功率输出的DC／DC升压电路。 UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计，常用作隔离回扫式开关电源的控制电路，根据UC3842的功能特点，结合Boos t拓扑结构，完全可设计成电流型控制的升压DC／DC电路，且外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842芯片的特点 UC3842工作电压为16~30V，工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器；一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MoSFET的驱动；一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器；具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达100％。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC／DC升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是： 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率； 2)电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而更容易设置控制环路，改善了线性调整率； 3)简化了限流电路，在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关管更有效地工作； 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比，50％的不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差，即使占空比<50％，也可能发生高频次谐波振荡，因而需要斜坡补偿，使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是，同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。
电压双象限Buck-Boost电路拓扑及分析 2007年06月09日星期六 18:43 在直流变换中不产生电能形式变化，只产生直流电参数的变化。DC/DC变换器具有成本低、重量轻、可靠性高、结构简单等特点，因此，在工业领域和实验室得到了广泛应用。单象限直流电压变换器电路的特点是输出电压平均值Uo跟随占空比D值而变，但不管D为何值，Uo的极性则始终不变，这对于直流开关稳压电源一类的应用场所是能够满足要求的。但对于直流调速电源，负载为直流电动机时，上述性能便不能满足要求，因而发展了多象限直流电压变换电路。 双象限电路分为输出电流平均值Io极性可变的电路与输出电压平均值Uo极性可变的电路两类，通常前一种电路称为电流双象限电路，后一种电路称为电压双象限电路。电流双象限电路是指输出电流平均值Io的幅值和极性均随控制信号us而变化，但输出电压平均值Uo的极性却始终为正，即电路可运行于第一和第二象限。电压双象限电路是指输出电压平均值Uo的幅值和极性均随控制信号us而变化，但输出电流平均值Io却始终为正，即电路可运行于第一和第四象限。本文将对电压双象限Buck Boost电路进行分析。 1 Buck电路 1.1 电路结构 主电路如图1所示。用电感、内阻和等效电压串联电路表示有源负载，桥的直流输入端并联滤波电容。这是一个全桥电路结构，桥的每臂用全控型器件（S1，S2）和不控型器件（D1，D2）组成。S1及S2的控制采用PWM控制，这样可以调节D值，并且及时检测负载的运行状况，由此控制开关的关断和开通。此电路的元器件、电源、负载均假设为理想的。输出滤波电感足够大，可保证负载电流连
续，且线性升降。 1.2 工作原理 1.2.1 运行于第一象限
目录 一. Boost主电路设计： (2) 1.1占空比D计算 (2) 1.2临界电感L计算 (3) 1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） (3) 1.4输出电阻阻值 (3) 二. Boost变换器开环分析 (4) 2.1 PSIM仿真 (4) 2.2 Matlab仿真频域特性 (6) 三. Boost闭环控制设计 (9) 3.1闭环控制原理 (9) 3.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (9) 3.3 计算补偿网络的参数 (12) 四．修正后电路PSIM仿真 (12) 五．设计体会 (17)
Boost变换器性能指标: 输入电压：标准直流电压Vin=48V 输出电压：直流电压Vo=220V 参考电压Vref=5V 输出功率：Pout=5Kw 输出电压纹波：Vpp=2.2V Vm=4V 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=100kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB 一. Boost主电路设计： 1.1占空比D计算 根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化围。
1.2临界电感L计算 选取L>Lc，在此选L=4uH 1.3临界电容C计算（取纹波Vpp< 2.2V） 选取C>Cc，在此选C=100uF 1.4输出电阻阻值 Boost主电路传递函数Gvd（s） 占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为：
二. Boost变换器开环分析 2.1 PSIM仿真 电压仿真波形如下图
电压稳定时间大约1.5毫秒，稳定在220V左右电压稳定后的纹波如下图 电压稳定后的纹波大约为2.2V 电流仿真波形如下图 电流稳定时间大约2毫秒，稳定在22A左右 电流稳定后的纹波如下图
题目：Buck-Boost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分 析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式， 并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公 式；接着推导了状态空间模型，以在MATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输 出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表 达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制 波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一 致。 关键词：Buck-Boost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真
1.概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC-DC变换器。 作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1]，如图1-1所示。其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) Buck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) Buck-Boost型电路结构 图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构 本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究，以优化开关电源的性能和提高设计效率。
boost升压电路,开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程
在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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，所以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。 放电过程 如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为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，于是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。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，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。 一些补充1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管, 及其他损耗(含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证. 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着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同
Boost电路学习笔记 Boost电路基本框图： 图1.1 BOOST电路的基本工作方式： 。MOSFET Q导通时为电感采用恒频控制方式，占空比可调。Q导通时间为T ON 充电过程，MOSFET Q关断时，为电感放电过程。 （1）MOSFETQ导通时，等效模型如图1.2。输入电压Vdc流过电感L。二极管D防止电容C对地放电。由于输入是直流电，所以电感L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。 图1.2 MOSFETQ关断时，等效模型如图1.3。由于电感L的电流不能突变的特性，
流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感L开始给电容C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。 图1.3 Boost电路波形分析：
图1.4 a I 大于0，BOOST 电路工作于连续模式，a I 等于0，BOOST 电路工作于不连续模式。BOOST 调整器最好工作于不连续模式。 MOSFETQ 导通时，V D 点接地，（假设MOSFET 导通，压降为0）电压为0V ，因 为输入电压恒定Vdc ,所以电感两端承受的电压为Vdc Vdc =-)0(为一个恒定值，因此流经电感的电流线性上升，其斜率为=??t /I L /Vdc ,L 为电感量，此时电感内部的电流变化如图1.4（e ）所示的上升斜坡，而MOSFET 内部的电流如图1.4（c ）所示。 MOSFETQ 关断时，由于电感电流不能突变的特性，电感两端的电压极性颠倒，
500W Buck/Boost电路设计与仿真验证 一、主电路拓扑与控制方式 Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck或Boost变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck和Boost电路不同的是，电感L f在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM控制方式。Buck/Boost变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。 V o 图1-1 主电路 V i LF i Q i D V 图1-2 电感电流连续工作波形 V o V o (a) Q导通(b) Q关断，D续流 图1-3 Buck/Boost不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。 在开关模态1[0~t on ]： t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供： f L f in di L V dt = (2-1) o o LD V I R = (2-2) o f o dV C I dt = (2-3) t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。在Q 导通期间电感电流增加量f L i ? f in L y f V i D T L ?= ? (2-4) 在开关模态2[t on ~ T]: t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压 Vo 作用下下降： f L f o di L V dt = (2-5) f o o o L f o f LD dV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6) t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ?为： (1)f o o L off y f f V V i t D T L L ?= ?=- (2-7) 此后，Q 又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两 个过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。 稳态工作时，Q 导通期间f L i 的增长量应等于Q 关断期间f L i 的减小量，或作用在电感L f 上电压的伏秒面积为零，有： 1y o in y D V V D = - (2-8) 由(2-8)式，若D y =0.5，则V o =V in ；若D y <0.5，则V o
BOOST 电路为非隔离型升压电路，与反激型开关电源工作原理相似。先开关管开通给电感储能，完成储能后关断开关管，电感会出现一个与充电相反的电动式电压（电感特性所决定），与供电电压叠加，从而起到升压作用；控制电感的不同充电时间（脉宽），就能得到不同输出的升压电压，为得到输出稳定的升压电压，需要电压反馈闭环控制前级脉宽。 根据实际证明，BOSST 电路的升压电路最高提升不得超过5倍电源电压，为升压稳定工作可靠范围，升压计算公式为：Vout=Vin/(1-D) V out 为输出电压、Vin 为输入电压 D 为占空比。 L2 8MBR3010 D1 1 1 2 23 3Q175N75 R2 10K-1/4W 1% C 42200u F /50V C 123 0.1u F /50V R30.04 R1 10 DC 输出 输入 DC12V C34 220U/25V R17 10R R112K R10 2K C14 0.1UF C430.01UF C44 680P R121M COMP 1VFB 2ISEN 3RCT 4 GND 5 OUT 6VI 7VREF 8U1 UC3843AN C290.1UF R13 1K R14 1K R1510R/1W C40 4700P /1KV D3IN4007 R1468K R234.7K 2 1 3 U3TL431 R25 12K R181R/1W C42680P C300.1UF R2656K R24 +5V2 Vin 1 G N D 2 Vout 3 U301 +12V R18 C304 C305 +5V2 D2 HER103 +12V +12V C30 4700p/50V C31 4700p/50v L1 1m H/20A C29 1uf/50V C 12200u F /25V C 3 2200u F /25V C 2 0.1u F /50V C 5 2200u F /50V +24V C28 4700p/50V C29 4700p/50v L3 1m H/20A 此电路供电电源经L1共模电感输入，与C1、C2、C3组成输入滤波网络得到稳定的直流电压; UC3843是脉宽发生器，其引脚功能如下： 1、2脚经R1 2、C14组成电压反馈网络，2脚是电压反馈端； 3脚为电流检测端； 4脚为振荡端，R10是振荡电阻，C43是振荡电容； 7脚是此芯片供电正端（VCC ），5脚此芯片供电负端（GND ）； 8脚为5V 基准输出。6脚为PWM 输出。 此信号驱动Q1 MOS 管开关，给L2是电感储能，关断时，电感（反峰）储能释放叠加的电压经过D1 快恢复二极管输出，此二极管防输出电容电压反串。C4、C5为滤波电容，L3共模电感输出。反馈电 压R24、R23、R25、R26电阻分压取样控制U3 TL431 导通量给U1的2脚。R3为工作电流检测电阻， 检测的电压经R11送给U1的3脚。
Boost 电路参数设计 Boost 电路的原理图如下图所示 当MOSFET 开通时，电源给电感L 充电，电感储能，电容放电。电感上的电流增加量（电感线圈 未饱和时）为： DT L V I in L ?=?+)( 其中：D 为占空比，T 为开关周期。 当MOSFET 关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为： T D L V V I in o L )1()(-?-=?- 电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即)()(-+?=?L L I I ，于是整理可得： D V V in o -=11 因为0 )(+=L pk I I 由上式得，2 4112 K D V V n i o ++?=，s T R L K ?=2 由此可以看出，对于Boost 电路，电感电流连续模式与电感电流非连续模式有很大的不同，非连续模式输出电压与输入 电压，电感，负载电阻，占空比还有开关频率都有关系。而连续模式输出电压的大小只取决于输入电压和占空比。 1．输出滤波电容的选择 在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。Boost 电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。对于Boost 电路，电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。电容的阻抗由三部分组成，即等效串联电感（ESL ），等效串联电阻（ESR ）和电容值（C ）。 在电感电流连续模式中，电容的大小取决于输出电流、开关频率和期望的输出纹波。在MOSFET 开通时，输出滤波电容提供整个负载电流。在Boost 电路中，为了满足期望的输出纹波电压，电容值可以按下式选取 V f D I C s o ???≥max max 其中：max o I 为最大的输出电流； max D 为最大的占空比。 对电感电流非连续模式，电容为 V f Ts R L I C s o ???- ?≥)21(max 在实际设计中，由于电容的ESR ，为了保证较小的纹波电压，必须要选择更大容值的电容。 在电感电流连续模式中，假设电容值足够大以至于可以忽略。就要有足够小的ESR 来限制输出的电压纹波。 )2 1(max max L o o I D I V ESR ?+-?≤ 在电感电流非连续模式下： L o I V ESR ??≤ 纹波电流通过电容的ESR 中会产生功率损耗，这个损耗会使电容内部的温度上升。过度的温升会大大缩短电容的使用寿命。在不同的环境温度下，电容都有额定的纹波电流。通过电容的电流不能超过其额定值。通过输出电容电流的有效值为 Boost电路学习笔记 BOOS电路的基本工作方式： 采用恒频控制方式，占空比可调。Q导通时间为T O。MOSFEQ导通时为电感充电过程，MOSFET关断时，为电感放电过程。 （1）MOSFET导通时，等效模型如图1.2。输入电压Vdc流过电感L。二极管D防止电容C对地放电。由于输入是直流电，所以电感L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。 MOSFET关断时，等效模型如图1.3。由于电感L的电流不能突变的特性，流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢由充电完毕时的值变为0。而原来的 电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感L开始给电容C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。 Boost电路波形分析： 图1.4 I a大于0, BOOS电路工作于连续模式，I a等于0, BOOS电路工作于不连续模 式。BOOS调整器最好工作于不连续模式。 MOSFET导通时，VD点接地，（假设MOSFE导通，压降为0）电压为0V,因为输入电压恒定Vdc,所以电感两端承受的电压为（Vdc °）Vdc为一个恒定值，因此流经电感的电流线性上升，其斜率为1/ t Vdc/L丄为电感量，此时电感内部的电流变化如图1.4（e）所示的上升斜坡，而MOSFE内部的电流如图1.4 （c）所示。 MOSFET关断时，由于电感电流不能突变的特性，电感两端的电压极性颠倒，看作一个电源，和输入电压Vdc极性一致，这样，电路相当于两个电源串联，流经二极管D,给电容C充电。 因为两个串联电源的总电压必然高于其中一个电源输入电压Vdc高，以此输 出电压便会升高，且高于输入电压Vdc。 二极管的电流变化如图1.4（d），电感电流的变化如图1.4 （e） Boost电路有三种工作模式：（取决有BOOS电路中电感的工作模式） （1）：连续工作模式 （2）：临界工作模式 （3）：不连续工作模式 图（a）连续工作模式 图（b）临界工作模式 图（c）不连续工作模式 图（a）电感I L电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通时，电感电流并未下降为0V,为连续工作模式； 图（b）电感I L电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通时，电感电流恰好下降为0V,为临界工作模式； 图（c ）电感I L电流从上一个周期的关断状态进入下一个周期的导通之前，电感电流已经下降为0V,为不连续工作模式。 Boost电路设计规范 2002-08-31 发布2002-08-31 实施艾默生网络能源有限公司 前言 本规范于2002-08-31首次发布； 本规范起草单位：二次电源、研究管理部技术管理处；本规范执笔人：张式春 本规范主要起草人：张式春 本规范标准化审查人： 本规范批准人： 本规范修改记录： 更改信息表 目录 前言 (2) 更改信息表 (3) 目录 (4) 摘要 (5) 关键词 (5) 1来源 (5) 2适用范围 (5) 3 原理描述 (5) 4 器件的选择 (7) 摘要 本文对Boost 电路的电路参数进行了数学推导，介绍了Boost 电路器件的选择，用于通用Boost 电路的设计 关键词 BOOST PWM 1来源 本规范来源于二次电源研发部设计的ANS20533B 模块。此模块将3.3V 转换为5V 。 2适用范围 DC/DC 模块中，需要升压的电路。 3 原理描述 Boost 电路的原理图如下图所示 L D R 当MOSFET 开通时，电源给电感L 充电，电感储能，电容放电。电感上的电流增加量（电感线圈未饱和时）为： DT L V I in L ?= ?+)( 其中：D 为占空比，T 为开关周期。 当MOSFET 关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流 不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为： T D L V V I in o L )1()(-?-= ?- 电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即 )()(-+?=?L L I I ，于是整理可得： D V V in o -=11 因为0 从充放电两方面讲解Boost电路的基本原理 Boost电路是一种开关直流升压电路，它能够使输出电压高于输入电压。 首先我们需要知道： 电容阻碍电压变化，通高频，阻低频，通交流，阻直流; 电感阻碍电流变化，通低频，阻高频，通直流，阻交流; 假定那个开关(三极管或者MOS管)已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。 图2 充电过程 在充电过程中，开关闭合(三极管导通)，等效电路如图2，开关(三极管)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，所以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。 图3 放电过程 当开关断开(三极管截止)时的等效电路如图3所示。当开关断开(三极管截止)时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为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。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，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着手：尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能;尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低;尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。 Boost电路设计规范 本文对Boost 电路的电路参数进行了数学推导，介绍了Boost 电路器件的选择，用于通用Boost 电路的设计 DC/DC 模块中，需要升压的电路。 Boost 电路的原理图如下图所示 L D C Q ?R 当MOSFET 开通时，电源给电感L 充电，电感储能，电容放电。电感上的电流增加量（电感线圈未饱和时）为： DT L V I in L ?= ?+)( 其中：D 为占空比，T 为开关周期。 当MOSFET 关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为： T D L V V I in o L )1()(-?-= ?- 电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即 )()(-+?=?L L I I ，于是整理可得： D V V in o -= 11 因为0 T D L V V I in o L 2)(?-= ?- 电感电流上升值等于下降值，即)()(-+?=?L L I I ，整理得： 2 2 D D D V V in o += 因为在此模式下电感电流是不连续的，所以每个周期电感电流都会下降至零。输出电流等于电感电流的平均值，即 )2 1(12T D I T R V pk o ???= )(+=L pk I I 由上式得，2 4112 K D V V n i o ++? =，s T R L K ?= 2 由此可以看出，对于Boost 电路，电感电流连续模式与电感电流非连续模式有很大的不同，非连续模式输出电压与输入 电压，电感，负载电阻，占空比还有开关频率都有关系。而连续模式输出电压的大小只取决于输入电压和占空比。 1．输出滤波电容的选择 在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。Boost 电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。对于Boost 电路，电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。电容的阻抗由三部分组成，即等效串联电感（ESL ），等效串联电阻（ESR ）和电容值（C ）。 在电感电流连续模式中，电容的大小取决于输出电流、开关频率和期望的输出纹波。在MOSFET 开通时，输出滤波电容提供整个负载电流。在Boost 电路中，为了满足期望的输出纹波电压，电容值可以按下式选取 V f D I C s o ???≥ max max 其中：max o I 为最大的输出电流； max D 为最大的占空比。完整Boost电路学习笔记
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