boost电路参数设计详解

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：DTLVIinL)(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：TDLVVIinoL)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)()(LLII，于是整理可得：DVVino11因为0D1，所以Boost电路是一个升压型电路。电感电流非连续模式时，MOSFET开通状态下，电感电流的增值为：DTLVIinL)(MOSFET关断状态下，电感电流的下降值为：TDLVVIinoL2)(LDCQ?R2电感电流上升值等于下降值，即)()(LLII，整理得：22DDDVVino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)21(12TDITRVpko)(LpkII由上式得，24112KDVVnio，sTRLK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VfDICsomaxmax其中：maxoI为最大的输出电流；maxD为最大的占空比。对电感电流非连续模式，电容为3VfTsRLICso)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。)21(maxmaxLooIDIVESR在电感电流非连续模式下：LoIVESR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DDIIoMSRc1ESL可以通过选用低ESL的电容，限制引线线长度（PCB以及电容），和采用多个小电容并联的形式来控制它的大小。有三种低阻抗的电容，铝、有机半导体和固体钽电容都适合于一般低成本的商业领域。低阻抗铝电解电容成本低，在较小的封装下可以提供更大的容量。但其ESR比较大。有机半导体电解电容在工业电源中用的越来越普遍。它可以提供较小的ESR和比较大的容量。固体钽电容可以提供低的ESR和ESL以及比较大的容量。在开关电源中是比较理想的选择。在开关电源中，电感的作用是存储能量。电感的作用是维持一个恒定的电流，或者说，是限制电感中电流的变化。在Boost电路中，选择合适电感量通常用来限制流过它的纹波电流。电感的纹波电流正比于输入电压和MOSFET开通时间，反比于电感量。电感量的大4小决定了连续模式和非连续模式的工作点。除了电感的感量外，选择电感还应注意它最大直流或者峰值电流，和最大的工作频率。电感电流超过了其额定电流或者工作频率超过了其最大工作频率，都会导致电感饱和及过热。磁器件厂家提供了很多的电感都可用于DC/DC变换器。开关电源中最常用的磁心是铁氧体和电工铁。由于电感绕线的直流电阻，电流通过时产生电感铜损。同时，由于电感的交流电流会导致磁通交变，产生磁损。功率损耗会引起电感的温度上升，过度的温升会使导线的绝缘降低。Boost电路中，电感的损耗可以由下式计算，corecuLnductoriPRIP2，其中：cuR为绕线电阻；coreP为磁损，可以有磁心厂家的数据手册中查到。在小功率的DC/DC变化中，PowerMOSFET是最常用的功率开关。MOSFET的成本比较低，工作频率比较高。设计中选取MOSFET主要考虑到它的导通损耗和开关损耗。要求MOSFET要有足够低的导通电阻RDS(ON)和比较低的栅极电荷Qg。MOSFET的耗散功率可以由下式计算，sgsgsonfroonDSonfVQfDIttVDRDIPMOSFET2)(2)1()(21)1(选择续流二极管的重要的标准是：开通速度、击穿电压、额定电流、正向导通电压。开关电源中，通常选择低正向导通电压的肖特基二极管。续流二极管的损耗计算：oDDIVP