Boost升壓電路

1、揚州瑞控汽車電子有限公司電路結(jié)構(gòu)開關(guān)電源最基本的三種拓撲BUCK、BOOST、BUCK-BOOST就是對三種器件的連接方式進行不同的組合。開關(guān)管在Ton時間內(nèi)導通，二極管反向截止，電感電流線性上升；開關(guān)管在Toff時間內(nèi)關(guān)斷，二極管正向?qū)?，電感電流線性下降。對電感工作的理解最為關(guān)鍵Ton階段，開關(guān)管導通，電感電流線性上升，斜率為電感電流變化量i= ，其中Vsw為開關(guān)管壓降。輸出電容為負載提供能量。uTon階段Vin VswL onVin VswTL工作原理Toff階段，開關(guān)管關(guān)斷，電感電流線性下降，斜率為電感電流變化量 i= ，其中Vd為二極管壓降。電感電流為負載提供能量，同時補充輸出電容在

2、Ton階段輸出的能量。uToff階段dVoVVinLd offVoVVinTL工作原理電感電流在Ton時間內(nèi)上升值等于Toff時間內(nèi)下降值，都為i。 = ，T=Ton+Toff，Ton/T=D。（Vin-Vsw）Ton= （Vo+Vd-Vin）Toff，即伏秒積相同。u電感電流連續(xù)模式下的電感、開關(guān)管及二極管電流d offVoVVinTL onVin VswTL工作原理Boost電路輸入電壓、輸出電壓與占空比關(guān)系：D=如果忽略開關(guān)管及二極管壓降，輸入輸出電壓關(guān)系為：Vo=輸出電流全部流過二極管，則二極管平均電流ID=IO=IL (1-D)ID為二極管平均電流，IO為輸出平均電流，IL 為電感平

3、均電流。dodswVoVVinVVV1in1VD工作原理器件選型工作條件首先考慮電感磁芯的最“惡劣”工作條件，以滿電感電流不至于飽和。Boost電路電感電流連續(xù)， 電感峰值電流IL_PK= （1+ ）其中電流紋波率 r= ，即i=rIL，r一般取0.30.4。i隨著占空比（輸入電壓）的變化：i=當D0.5時， i隨D增大（輸入電壓降低）而增大；當D0.5時， i隨D增大（輸入電壓降低）而減?。浑姼蟹逯惦娏鱅L_PK 在最小輸入電壓VIN_MIN（DMAX）下最大，在此條件下設(shè)計Boost電路。最“惡劣”工作條件的確定2 D-DVo TL（）o1-IDr2iLI繪制函數(shù)曲線得出 onVin Vs

4、wTL DVinTL器件選型u負載電流與平均電感電流關(guān)系 IO=IL（1-D） IL=電感電流峰值為IL_PK = IL+i/2電感o1-ID小功率電源使用類型Vo= ，則D=in_min1VDoin_minoVVVi= = ，其中Fs為開關(guān)管工作頻率。 in_min onVTLin_min1sVDLF L=Lin_min1oin _minrIsoVVVFV電感峰值電流IL_PK= IL + i/2 =(1+ r/2 ) IL電感電流選擇一般大于IL_PK的1.2倍。器件選型電感容量越大，裝的越多！器件選型二極管二極管類型頻率在幾百KHz范圍內(nèi)，選擇肖特基二極管。二極管電壓在Ton階段，二極管

5、承受最大反向電壓，其值為Vo。二極管耐壓至少選擇Vo的1.2倍。如果二極管兩端有尖峰，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。二極管電流二極管的平均電流ID_AVG=Io二極管額定電流至少選擇Io的2倍以上，電流較大的需要注意散熱處理，可以適當選擇較大的封裝，以獲得較低的“溫度-環(huán)境”熱阻JA。器件選型開關(guān)管開關(guān)管耐壓開關(guān)管承受的最大電壓為VO+VD，如果忽略VD，即為VO。耐壓值至少選擇Vo的1.2倍，如果DS兩端有尖峰，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。開關(guān)管電流開關(guān)管通過的電流有效值IRMS=IL 開關(guān)管的電流至少選擇IRMS的2倍以上，電流較大的需要注意散熱處理，可以適當選擇較大的封裝，以獲得較低的“溫度-

6、環(huán)境”熱阻JA。2(1+)12rDIds器件選型輸入電容ESR在最低輸入電壓，輸出由空載跳變?yōu)闈M載時計算。ESR=其中，vin為輸出電壓紋波，一般取輸入電壓5%以內(nèi)。電容容值Cin=其中，Ls為輸入電源的感抗、Rs為輸入電源的阻抗。電容電流有效值Icin_rms=0.29 i額定紋波率等于或大于電容電流有效值。1in2oDVI（）22Ls VoIoVinRs器件選型輸出電容輸出電容電壓輸出電容電壓選擇輸出額定電壓的1.21.5倍。輸出電容流過的電流峰峰值為IL_PK由輸出濾波電容ESR引起的紋波為：V1=IL_PK ESR在Ton期間，負載電流全部由輸出電容提供，由此引起的紋波電流為：V2=由

7、電感脈動電流在ESR產(chǎn)生：V3=i ESRV= V1+ V2 - V3電容通過的電流有效值IRMS=1.13IL 額定紋波率等于或大于電容電流有效值。輸出濾波電容對環(huán)路穩(wěn)定有影響，適當?shù)脑龃笥兄诃h(huán)路穩(wěn)定。ooswIDCF1DD（）設(shè)計實例輸入輸出參數(shù)u輸入電壓：916Vu輸出電壓：18Vu輸出電流：0.5Au工作溫度：-40 85u輸出電壓紋波：2%u輸入電壓紋波：2%u開關(guān)頻率：500KHz在輸入電壓等于9V時進行計算，此時D= =0.518V-9V18V器件選型u負載電流與平均電感電流關(guān)系 IO=IL（1-D） IL= =1A設(shè)r=0.3，i=r IL=0.3AL= = =30uH電感電

8、流峰值為IL_PK = IL+i/2=1.3A1.2 IL_PK =1.56A選擇33uH，2A的成品電感。r=0.27， i=rIL=0.27A， IL_PK = 1.27A電感o1-IDLin_min1oin _minrIsoVVVFV911890.3 1A500k z9VVVHV器件選型二極管二極管類型選擇肖特基二極管。二極管電壓在Ton階段，二極管承受最大反向電壓，其值為Vo。二極管耐壓至少選擇Vo的1.2倍。如果二極管兩端有尖峰，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。選擇二極管耐壓為30V。二極管電流二極管的平均電流ID_AVG=Io=0.5A二極管額定電流至少選擇Io的2倍以上，考慮散熱處理，

9、選擇電流為2A。二極管型號CMSH2-40M。器件選型開關(guān)管開關(guān)管耐壓開關(guān)管承受的最大電壓為VO+VD，如果忽略VD，即為VO。耐壓值至少選擇Vo的1.2倍，如果DS兩端有尖峰，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。耐壓選擇30V。開關(guān)管電流開關(guān)管通過的電流有效值IRMS=IL =0.9A 開關(guān)管的電流至少選擇IRMS的2倍以上，考慮到熱處理，選擇較大封裝。采用SO-8封裝。2(1+)12rD器件選型輸入電容電容額定電壓考慮TVS的鉗位電壓，選擇額定電壓為50V。ESR在最低輸入電壓，輸出由空載跳變?yōu)闈M載時計算。ESR= = =0.18電容容值Cin= = =2.22uF其中，Ls取1uH、Rs取0.1。

10、電容電流有效值Icin_rms=0.29 i=0.087A選擇兩顆50V/2.2uF的MLCC并聯(lián)。1in2oDVI（）22 1u180.590.1HVAV1 0.50.362 0.5VA（）22Ls VoIoVinRs器件選型輸出電容輸出電容電壓輸出電容電壓選擇輸出額定電壓的1.21.5倍，選擇25V。輸出紋波峰峰值為V=0.72V在Ton期間，負載電流全部由輸出電容提供，由此引起的紋波電流為VP-P= ，Co= =0.69uF考慮到電容精度、裕量及輸出負載瞬態(tài)變化，選擇2顆2.2uF的MLCC并聯(lián)。MLCC的典型ESR為3m。ooswIDCFoVswIDF器件選型輸出電容由輸出濾波電容ESR引起的紋波為V1=IL_PK ESR=0.00195VV2= = =0.1136VV3=i ESR=0.004