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BOOST升压电路

作者:衡丽电子

在汽车电子各类控制器中,经常会有BOOST升压电路的设计,以保证电压掉到一定值后仍然能使部分功能运行。

BOOST升压电源是利用开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出的一种开关电源。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在各行业电子设备中,是不可缺少的一种电源架构。

1、拓扑结构

以下为BOOST电路拓扑结构,主要器件是MOS管、电感、二极管各一颗,电容若干。一般的小功率BOOST类型DCDC芯片L1和D1外置,大功率DCDC芯片MOS管外置。使用PWM方式控制MOS管导通与关闭。

BOOST升压电路

2、MOS管导通(充电过程)

MOS管导通后,电流流向如下图红色箭头指示,电感开始充电,转换为磁能,此时二极管反向截止,输出能量全部由C2电容提供,如下绿色箭头。

BOOST升压电路

开关导通时间=占空比*开关周期=D*T。

BOOST升压电路

3、MOS管关闭(放电过程)

MOS管关闭后,电流流向如下图绿色箭头指示,电感释放能量,这时候电感就像一个电池和Vin串联为负载供电,同时为输出电容C2充电。此时负载由输出电容C2和二极管D1提供电能。D1一般选择导通迅速、导通压降小的肖特基二极管。

BOOST升压电路

放电时间=(1-占空比)*开关周期=(1-D)*T。此时,Vin连同电感L1一起向负载放电,正负号不要搞混了(如上图,两者是叠加关系)。

BOOST升压电路

4、升压公式

根据电感的伏秒特性:在开关闭合和断开的两个时间内,电感充电和放电是一样的。即有:

BOOST升压电路

也就是:

BOOST升压电路

整理后,可以得到:

BOOST升压电路

根据该式,我们可以清楚地知道,升压倍数由PWM的占空比决定。当D=0.5时,输出为输入的2倍。