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Boost变换器
词条创建时间:2021-07-02浏览次数:1358
Boost变换器是一种通过电路中电容二极管等电路原件的连接改变电路电压以达到电路电压升高作用的装置。Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。
Boost变换器简介
Boost变换器称为并联开关变换器。与buck变换器其不同的是,boost型电感在输入端(开关),buck型电感在输出端。boost型变换器的输出电压Vo总是大于输入电压Vi。解释比较简单,当开关管导通时,二极管D关闭,电感L与开关管的节点电压为O。当开关管关闭时,电感L两端的电势翻转,所以电感L与开关管的节点电压大于输入电压Vl,电感电流通过二极管D续流,使得Vo大于Vi。可以证明,Vo=Vi*[T/(T-Ton)],T是开关脉冲周期,Ton是导通时间。
Boost变换器线路组成
线路由开关S、电感L、电容C组成,如图1所示,完成把电压Vs升压到Vo的功能。
在整个工作范围内,CCM和DCM的最大临界电感LCmax为临界电感曲线LC的顶点位于M点时对应的电感值LCM,由式(1)可得该顶点为(RL,2Vo/3)。曲线a为Boost变换器在整个工作范围内都处于CCM的情形,对应临界电感LCa;对于曲线b,功率较大的工作范围处于CCM,而功率较小的则处于DCM,对应临界电感,LCb;曲线c为Boost变换器在整个工作范围均处于DCM的情形,对应临界电感LCc。
Boost变换器工作原理
当开关S在位置a时,如图2(a)所示电流iL流过电感线圈L,电流线性增加,电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时,电容C放电,R上流过电流Io,R两端为输出电压Vo,极性上正下负。由于开关管导通,二极管阳极接Vs负极,二极管承受反向电压,所以电容不能通过开关管放电。开关S转换到位置b时,构成电路如2(b)所示,由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性,以保持iL不变。这样线圈L磁能转化成的电压VL与电源Vs串联,以高于Vo电压向电容C、负载R供电。高于Vo时,电容有充电电流;等于Vo时,充电电流为零;当Vo有降压趋势时,电容向负载R放电,维持Vo不变。
图二Boost变换器电路工作过程
由于VL+Vs向负载R供电时,Vo高于Vs,故称它为升压变换器。工作中输入电流is=iL是连续的。但流经二极管D1电流确实脉动的。由于有C的存在,负载R上仍有稳定、连续的负载电流Io。
Boost变换器工作范围
假设该Boost变换器的输进电压范围为[Vi,min,Vi,max],负载电阻范围为[RL,min,RL,max]。因此,在RL-Vi平面上Boost变换器的工作范围对应一个矩形,作出式(1)描述的临界电感曲线LC,其将RL-Vi平面分为CCM和DCM两部分,如图所示。由图可知,在整个工作范围内,CCM和DCM的最大临界电感LCmax为临界电感曲线LC的顶点位于M点时对应的电感值LCM,由式(1)可得该顶点为(RL,2Vo/3)。曲线a为Boost变换器在整个工作范围内都处于CCM的情形,对应临界电感LCa;对于曲线b,功率较大的工作范围处于CCM,而功率较小的则处于DCM,对应临界电感,LCb;曲线c为Boost变换器在整个工作范围均处于DCM的情形,对应临界电感LCc。
Boost变换器工作模式
Boost DC-DC变换器又称升压变换器(Step Up Converter),其电路拓扑结构如图2.1所示。BoostDC-DC变换器的基本电路由功率开关管VT、续流二极管VD、储能电感L、输出滤波电容C等组成。因为MOSFET管开关速度较快,控制逻辑相对简单,所以开关管VT一般都采用MOSFET管。
在开关管VT导通期间,电感中的电流上升:在开关管VT截止期间,电感电流下降。如果在开关管VT截止期间,电感中的电流降到零,并在截止期间的剩余时间内电感中存储的能量也为零,则称这种开关电源工作于电感电流不连续工作模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM);否则工作于电感电流连续工作模式(ContinuousConduction Mode, CCM)"。下面对Boost DC-DC开关变换器的两种工作模式分别进行分析,以便于进行系统设计。