boost基本拓扑:
Boost升压电路如图所示,由电感L、开关管Q(S)、二极管D、电容C和负载R组成。在理想条件下(即:忽略开关管的导通压降Vsw和二极管的导通压降Vd)分析开关管的导通和关断。
Ton 阶段,开关管导通,电路可等效为图2,电感上感应出与输入电压Vin极性相反的电压,其大小等于Vin。此时电感电流线性增加,并以磁能形式在滤波电感中储存能量。二极管D因为承受反向电压而截至,其承受的反向电压大小为Vo;此时电容储能释放(放电),(二极管的截止同时也防止电容对地放电)向负载R供电。
Toff 阶段,开关管关断,电路可等效为图3,这时储存在电感中的电流方向不能突变,电感L两端产生了与原来极性相反的自感电动势,即实现输入电压和电感电压串联。输入电压和电感电压的叠加迫使二极管D导通,输入电压和电感中储存的能量以电能的形式通过续流二极管D向电容C和负载R释放。
占空比计算:
由伏秒平衡知,稳态时,∆Ion=∆Ioff,即|∆ iL(+)| =|∆ iL(-)|。假设开关管的导通压降为Vsw,二极管的导通压降为Vd。
当开关管导通时,导通时间为Ton=D∙Ts,导通期间,电压Von=电感电压VL=Vin-Vsw;(1)
忽略开关管压降Vsw时Von=VL=Vin(2)
当开关管关断时,关断时间为Toff=(1-D)∙Ts,关断期间,电压Voff=电感电压VL=Vin-Vd-Vo(3)
忽略二极管导通压降Vd时,Voff=VL=Vin-Vo(4) (此时,Voff<0,比较的时候用的是绝对值)
由式∆ iL(+) =|∆ iL(-)|知,Boost电路输入电压和输出电压和占空比关系为
(Vin-Vsw) ∙D∙Ts+ (Vin- Vd-Vo)∙(1-D)∙Ts=0
解得D= (Vo+Vd-Vin)/(Vo+Vd-Vsw) (5)
如果忽略开关管导通压降Vsw和二极管导通压降Vd时,由式(1)得:
Vin ∙D∙Ts+(Vin- Vo)∙(1-D)∙Ts(6)
解得占空比D= (Vo-Vin)/Vo (7)同时验证升压原理。
电感计算:
Vo/Vin=1/(1-D),根据功率守恒,计算得到IL=Io/(1-D)。
随着负载电阻越大,输出电流就越小,IL不断减小,直到ILmin = 0,即为临界状态(BCM),此时IL恰为电感脉动电流∆iL的1/2,由此便可推得临界电感值。
临界导通时,IL=∆iL(+)=Vin∙DT/2L;
又因为IL=Io/(1-D);
所以Io=Vin∙D(1-D)/2Lf;
又因为Vo/Vin=1/(1-D)
所以Io=Vo∙D/2Lf
所以L=Vo∙D/2Iof
开关管:
漏源极击穿电压VDS决定了器件的最低额定电压,设开关管导通时,电阻为零,压降为零,则关断时的开关管承受的最大电压为Vo。所以,功率开关管上的电压稳定时最大值为输出直流电压Vo(理想情况下),在实际选择功率开关管的时候还需要考虑至少 20%的电压裕量。如果开关管两端有尖峰,还需要根据实际情况进行调整。eg:Vo=100V,所以选取的MOS管的漏源极电压至少为200V。
在CCM模式下,Mos管电流瞬时值表达式为:
Mos管电流平均值ISrms= == Mos管的额定工作电流至少选择IS的2倍以上。
电容容值:
考虑电压纹波∆Vo,所以输出电容:
Co=IO∙D/(∆Vo∙f);
二极管:
二极管电压
在Ton阶段,二极管承受最大反向电压,其值为Vo。二极管耐压至少选择最大反向电压的1.2倍,如果二极管两端有尖峰,需要根据实际情况进行调整。eg:Vo=100V,选择二极管耐压为200V。
二极管电流
在CCM模式下,二极管电流瞬时值表达式为:
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所以,二极管电流平均值IDrms===,二极管的额定工作电流至少选择IDrms的2倍以上。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-400210.html
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