开关电源学习笔记2 --- Boost变换器的基本原理



Boost变换器:即升压变换器,其简单电路组成如下

开关电源学习笔记2 --- Boost变换器的基本原理_第1张图片

  • 其中的器件和Buck电路完全一致,只是开关SW,二极管和电感的位置发生了改变

假设当前SW正在以一定的频率快速进行开关,已经达到平衡的过程

在开关由断开到接通的期间
接通后,电流从 U i n U_{in} Uin流经电感L再过开关SW到地(实际上就是L的充能过程),开关右端被短路,此时的右端输出电压由电容 C O C_{O} CO放电维持
U o n U_{on} Uon = U i n U_{in} Uin - U s w U_{sw} Usw

当开关由接通到断开的期间
断开后,电流从电感L流经二极管 V D V_{D} VD,再到滤波电容 C O C_{O} CO和负载 R L R_{L} RL到地(实际上就是L的放能过程和电源 U i n U_{in} Uin的叠加输出,这也是能够升压的原因),同时对电容 C O C_{O} CO进行充电
U o f f U_{off} Uoff = U o U_{o} Uo - U i n U_{in} Uin + U D U_{D} UD

设开关通断的PWM占空比为D(“伏秒积”和BCM/CCM/DCM三种模式在笔记1有介绍)

  1. 在CCM和BCM模式下
    D = T o n T = T o n T o n + T o f f D = \frac{T_{on}}{T} = \frac{T_{on}}{T_{on} +T_{off}} D=TTon=Ton+ToffTon
    带入伏秒积: U o n T o n U_{on}T_{on} UonTon = U o f f T o f f U_{off}T_{off} UoffToff,得 D = U o f f U o n + U o f f = U o − U i n + U D U o − U s w + U D D = \frac{U_{off}}{U_{on} +U_{off}} = \frac{U_{o} - U_{in} + U_{D}}{U_{o} - U_{sw} + U_{D}} D=Uon+UoffUoff=UoUsw+UDUoUin+UD
    忽略二极管和开关管压降 D = U o − U i n U o D = \frac{U_{o} - U_{in} }{U_{o}} D=UoUoUin
    U o = 1 1 − D U i n U_{o} = \frac{1}{1 - D}U_{in} Uo=1D1Uin
    由于占空比D <= 1, U o > = U i n U_{o} >= U_{in} Uo>=Uin这就完成了升压的功能
  2. 同理,在DCM模式下,也能达成升压效果

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