Boost電路的結(jié)構(gòu)及工作原理
出處:電子市場(chǎng) 發(fā)布于:2017-11-29 17:00:58 | 30816 次閱讀
Boost電路定義
Boost升壓電路的英文名稱為“theboostconverter”,或者叫“step-upconverter”,是一種開關(guān)直流升壓電路,它能夠?qū)⒅绷麟娮優(yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電,也稱為直流—直流變換器(DC/DCConverter)。
直流—直流變換器通過(guò)對(duì)電力電子器件的通斷控制,將直流電壓斷續(xù)地加到負(fù)載上,通過(guò)改變占空比改變輸出電壓平均值。
假定那個(gè)開關(guān)(三極管或者mos管)已經(jīng)斷開了很長(zhǎng)時(shí)間,所有的元件都處于理想狀態(tài),那么電容電壓等于輸入電壓。
開關(guān)管Q也為PWM控制方式,但占空比Dy必須限制,不允許Dy=1的狀態(tài)下工作。電感Lf在輸入側(cè),成為升壓電感。
Boost電路結(jié)構(gòu)
下面以UC3842的Boost電路為例介紹Boost電路的結(jié)構(gòu)。
圖中輸入電壓Vi=16~20V,既供給芯片,又供給升壓變換。
開關(guān)管以UC3842設(shè)定的頻率周期開閉,使電感L儲(chǔ)存能量并釋放能量。
當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感以Vi/L的速度充電,把能量?jī)?chǔ)存在L中。當(dāng)開關(guān)截止時(shí),L產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓,通過(guò)二極管D把儲(chǔ)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(lái)控制,而傳遞能量的多少通過(guò)電感電流的峰值來(lái)控制。
整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程由二個(gè)閉環(huán)來(lái)控制,即:
閉環(huán)1輸出電壓通過(guò)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(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓,誤差放大器控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化。
閉環(huán)2Rs為開關(guān)管源極到公共端間的電流檢測(cè)電阻,開關(guān)管導(dǎo)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(jìn)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(hào)實(shí)際控制著峰值電感電流。
Boost電路的工作原理
Boost電路的工作原理分為充電和放電兩個(gè)部分來(lái)說(shuō)明。
充電過(guò)程
在充電過(guò)程中,開關(guān)閉合(三極管導(dǎo)通),等效電路圖入下圖所示,開關(guān)(三極管)處用導(dǎo)線代替。
這時(shí),輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(duì)地放電。
由于輸入是直流電,所以電感上的電流以一定的比率線性增加,這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。
隨著電感電流增加,電感里儲(chǔ)存了一些能量。
放電過(guò)程
如圖,這是當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時(shí)的等效電路。
當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時(shí),由于電感的電流保持特性,流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?,而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。
而原來(lái)的電路已斷開,于是電感只能通過(guò)新電路放電,即電感開始給電容充電,電容兩端電壓升高,此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。
說(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí),電感吸收能量,放電時(shí)電感放出能量。
如果電容量足夠大,那么在輸出端就可以在放電過(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。
如果這個(gè)通斷的過(guò)程不斷重復(fù),就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。
Boost電路參數(shù)設(shè)計(jì)
對(duì)于Boost電路,電感電流連續(xù)模式與電感電流非連續(xù)模式有很大的不同,非連續(xù)模式輸出電壓與輸入電壓,電感,負(fù)載電阻,占空比還有開關(guān)頻率都有關(guān)系。而連續(xù)模式輸出電壓的大小只取決于輸入電壓和占空比。
輸出濾波電容的選擇
在開關(guān)電源中,輸出電容的作用是存儲(chǔ)能量,維持一個(gè)恒定的電壓。
Boost電路的電容選擇主要是控制輸出的紋波在指標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。
對(duì)于Boost電路,電容的阻抗和輸出電流決定了輸出電壓紋波的大小。
電容的阻抗由三部分組成,即等效串聯(lián)電感(ESL),等效串聯(lián)電阻(ESR)和電容值(C)。
在電感電流連續(xù)模式中,電容的大小取決于輸出電流、開關(guān)頻率和期望的輸出紋波。
在MOSFET開通時(shí),輸出濾波電容提供整個(gè)負(fù)載電流。
電感
在開關(guān)電源中,電感的作用是存儲(chǔ)能量。
電感的作用是維持一個(gè)恒定的電流,或者說(shuō),是限制電感中電流的變化。
在Boost電路中,選擇合適電感量通常用來(lái)限制流過(guò)它的紋波電流。
電感的紋波電流正比于輸入電壓和MOSFET開通時(shí)間,反比于電感量。電感量的大小決定了連續(xù)模式和非連續(xù)模式的工作點(diǎn)。
除了電感的感量外,選擇電感還應(yīng)注意它直流或者峰值電流,和的工作頻率。
電感電流超過(guò)了其額定電流或者工作頻率超過(guò)了其工作頻率,都會(huì)導(dǎo)致電感飽和及過(guò)熱。
MOSFET
在小功率的DC/DC變化中,PowerMOSFET是最常用的功率開關(guān)。MOSFET的成本比較低,工作頻率比較高。
設(shè)計(jì)中選取MOSFET主要考慮到它的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
要求MOSFET要有足夠低的導(dǎo)通電阻RDS(ON)和比較低的柵極電荷Qg。
Boost電路的應(yīng)用領(lǐng)域
MAX1771
MAX1771是美信公司的電源管理芯片,可以做為升壓電路使用,電路結(jié)構(gòu)為Boost電路,如下圖2.1所示。當(dāng)電壓輸入電壓的范圍是5-12V,輸出根據(jù)的調(diào)節(jié)范圍是24-36V。引腳1輸出PWM來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管IRF3205的導(dǎo)通與截止。引腳3是電壓反饋端,內(nèi)置1.25V的穩(wěn)壓源。當(dāng)輸入到3腳的電壓高于或低于1.25V時(shí),芯片會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)PWM占空比的減小或增大,以得到穩(wěn)定的輸出。
TL494
TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路,它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能,廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。
IR2110
IR2110是美國(guó)國(guó)際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路及無(wú)門鎖CMOS技術(shù),于1990年前后開發(fā)并投放市場(chǎng)的大功率MOSFET和IGBT專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路,已在電源變換、馬達(dá)調(diào)速等功率驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。
FAN7930C
FAN7930C是一款有源功率因數(shù)校正(PFC)控制器,采用8腳SOP封裝。用于在臨界導(dǎo)通模式(CRM)下運(yùn)行的升壓PFC應(yīng)用。
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