开关电源的Boost电路图文解析
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。
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。
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。
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。
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。
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