升壓開關(guān)電源原理簡介

1、3基于Boost結(jié)構(gòu)的升壓電源開關(guān)的升壓原理3.100st升壓電路結(jié)構(gòu)圖及其主要波形Boost升壓電路（如圖3.1）圖3.1Boost拓撲結(jié)構(gòu)及Li和Qi的工作波形由圖3.1可知，Qi關(guān)斷時，Li的極性反向；Qi導通時，Li儲存的能量經(jīng)Di以更高的電壓輸出。圖3.2所示為連續(xù)模式下Boost調(diào)整器Qi和Di的電流波形。電感Li和Qi再次導通前沒將存儲能量釋放完0電流圖3.2連續(xù)模式下Qi和Di的電流波形3.2Boost升壓電路升壓原理下面定性分析在圖3.1中，輸出電壓Vo比直流輸入電壓Vdc高的原因。當Qi在Ton時段導通時，Di反偏，Li的電流線性上升到Ip=VdcTdc/L1,電感儲存了能

2、量8。由于Qi導通時段輸出電流完全由Co提供，所以Co應選得比較大，以使在Ton時間段向負載供電時其電壓降低能滿足要求。Qi關(guān)斷時，由于電感電流不能突變，Li電壓極性顛倒，Li異名端電壓相對同名端為正6。Li同名端為Vdc且Li經(jīng)Di向Co充電，使Co兩端電壓（泵開電壓）高于Coo此時電感儲能給負載提供電流并補充Co單獨向負載供電時損失的電荷。Vdc在Qi關(guān)斷時段也向負載提供能量。輸出電壓的調(diào)整是通過負反饋環(huán)控制Qi導通時間實現(xiàn)的7。若直流負載電流上升，則導通時間會自動增加為負載提供更多能量。若Vdc下降而Ton不變，則峰值電流即Li的儲能會下降，導致輸出電壓下降。但負反饋環(huán)會檢測到電壓的下降

3、，并通過增大Ton來維持輸出電壓恒定。4采用UC3842作為控制芯片的升壓電路分析4.1UC3842芯片的特點及采用該芯片電路特點UC3842工作電壓為1630V,工作電流約15mA。芯片內(nèi)有一個頻率可設置的振蕩器；一個能夠源出和吸入大電流的圖騰式輸出結(jié)構(gòu)，特別適用于MOSFET的驅(qū)動；一個固定溫度補償?shù)幕鶞孰妷汉透咴鲆嬲`差放大器、電流傳感器；具有鎖存功能的邏輯電路和能提供逐個脈沖限流控制的PWM比較器，最大占空比可達100%。另外，具有內(nèi)部保護功能，如滯后式欠壓鎖定、可控制的輸出死區(qū)時問等。由UC3842設計的DC/DC升壓電路屬于電流型控制，電路中直接用誤差信號控制電感峰值電流，然后間接地

4、控制PWM脈沖寬度。這種電流型控制電路的主要特點是：(1)輸入電壓的變化引起電感電流斜坡的變化，電感電流自動調(diào)整而不需要誤差放大器輸出變化，改善了瞬態(tài)電壓調(diào)整率；(2)電流型控制檢測電感電流和開關(guān)電流，并在逐個脈沖的基礎上同誤差放大器的輸出比較，控制PWM脈寬，由于電感電流隨誤差信號的變化而變化，從而更容易設置控制環(huán)路，改善了線性調(diào)整率；(3)簡化了限流電路，在保證電源工作可靠性的同時，電流限制使電感和開關(guān)管更有效地工作；(4)電流型控制電路中需要對電感電流的斜坡進行補償，因為，平均電感電流大小是決定輸出大小的因素，在占空比不同的情況下，峰值電感電流的變化不能與平均電感電流變化相對應，特別是占

5、空比，50%的不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差，即使占空比<50%,也可能發(fā)生高頻次諧波振蕩，因而需要斜坡補償，使峰值電感電流與平均電感電流變化相一致，但是，同步不失真的斜坡補償技術(shù)實現(xiàn)上有一定的難度。4.2升壓電路結(jié)構(gòu)及特性分析由UC3842作為控制的Boost電路結(jié)構(gòu)特點由UC3842控制的Boost拓撲結(jié)構(gòu)及電路分別如圖4.1和圖4.2所示。圖4.2中輸入電壓Vi=1620V,既供給芯片，又供給升壓變換。開關(guān)管以UC3842設定的頻率周期開閉，使電感L儲存能量并釋放能量。當開關(guān)管導通時，電感以Vi/L的速度充電，把能量儲存在L中。當開關(guān)截止時，L產(chǎn)生反向感應電壓，通

6、過二極管D把儲存的電能以（Vo-Vi）/L的速度釋放到輸出電容器C2中。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制，而傳遞能量的多少由通過電感電流的峰值來控制。整個穩(wěn)壓過程由二個閉環(huán)來控制9,10,即閉環(huán)1輸出電壓通過取樣后反饋給誤差放大器，用于同放大器內(nèi)部的2.5V基準電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓，誤差放大器控制由于負載變化造成的輸出電壓的變化。閉環(huán)2Rs為開關(guān)管源極到公共端之間的電流檢測電阻，開關(guān)管導通期間流經(jīng)電感L的電流在Rs上產(chǎn)生的電壓送至PWM比較器同相輸入端，與誤差電壓進行比較后控制調(diào)制脈沖的脈寬，從而保持穩(wěn)定的輸出電壓。誤差信號實際控制著峰值電感電流。由UC3842控制的Boost拓撲結(jié)構(gòu)及電路分

7、別如圖4.1、4.2所示。圖4.1UC3842控制的DC/DC升壓電路結(jié)構(gòu)圖4.2UC3842控制的升壓DC/DC電路Boost升壓結(jié)構(gòu)特性分析Boost升壓電路，可以工作在電流斷續(xù)工作模式(DCM)和電流連續(xù)工作模式(CCM)11oCCM工作模式適合大功率輸出電路，考慮到負載達到110%以上時,電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按CCM工作模式來進行特性分析。Boost拓撲結(jié)構(gòu)升壓電路基本波形如圖4.3所示。圖4.3Boost升壓電路基本波形Ton時，開關(guān)管S為導通狀態(tài)，二極管D處于截止狀態(tài)，流經(jīng)電感L和開關(guān)管的電流逐漸增大，電感L兩端的電壓為Vi,考慮到開關(guān)管S漏極對公共端的導通壓降Vs,即為

8、Vi-VsoTon時通過L的電流增加部分4iLon滿足式(4-1):(Vi-Vs)Ton1Lon'L(4-1)式中：Vs為開關(guān)管導通時的壓降和電流取樣電阻Rs上的壓降之和，約0.60.9V12。Toff時，開關(guān)管S截止，二極管D處于導通狀態(tài)，儲存在電感L中的能量提供給輸出，流經(jīng)電感L和二極管D的電流處于減少狀態(tài)，設二極管D的正向電壓為Vf,Toff時，電感L兩端的電壓為V0+Vf-Vi,電流的減少部分ILoff滿足式(4-2):(VoVf-Vi)ToffILoff二L(4-2)式中：Vf為整流二極管正向壓降，快恢復二極管約0.8V,肖特基二極管約0.5V。在電路穩(wěn)定狀態(tài)下，即從電流連續(xù)

9、后到最大輸出時，ILon=ILoff,由式(4-1)和(4-2)可得：Toff二Vi-VsTonVoVf-Vi(4-3)因占空比D=Ton/T,即最大占空比DmaxDmaxVoVf-ViVo-ViVoVf-VsVo(4-4)如果忽略電感損耗，電感輸入功率等于輸出功率，即ViIL(ave)=VoIo(4-5)由式(4-4)和式(4-5)得電感器平均電流IL(av屋1-D(4-6)同時由式(4-1)得電感器電流紋波(Vi-Vs)DLf(4-7)式中：f為開關(guān)頻率。為保證電流連續(xù)，電感電流應滿足-Il/2(4-8)考慮到式(4-6)、式(4-7)和式(4-8),可得到滿足電流連續(xù)情況下的電感值為L>2(Vi-Vs)D(