。

这种电路广泛应用于开关电源、直流电机传动、光伏发电系统以及电动汽车的驱动控制等领域。

Boost电路原理

图1是Boost电路的原理图#xff0c;从图中可以看出Boost

Chopper是一种典型的直流变换电路。

这种电路广泛应用于开关电源、直流电机传动、光伏发电系统以及电动汽车的驱动控制等领域。

Boost电路原理

图1是Boost电路的原理图从图中可以看出该电路由开关管VQ、电感L、输入滤波电容Cs、输出滤波电容C、二极管VD和负载R组成。

其中开关管VQ的控制端需要输入驱动信号来控制其导通和截止工程应用中驱动信号通常采用PWM的方式来实现。

Boost电路拓扑结构图

当控制端的输入信号为高电平时此时开关管VQ导通相当于短路其等效电路如图2所示。

通过电路可以看出此时输入电压给电感L充电需要注意这时电感两端电压的极性为左正右负并且随着时间的增加电感上的电流即输入电流不断增大。

此时二极管VD反向截止相当于断路。

而此时的电容C向负载R放电随着时间的增加电容C两端的电压即输出电压在不断减小。

当控制端的输入信号为低电平时此时开关管VQ截止相当于断路其等效电路如图3所示。

此时电感L两端电压的极性变为右正左负使得VD导通电感放电且随着时间的增加电感上的电流即输入电流不断减小。

这时输入电压和电感L上的电压叠加起来一起给电容C充电同时给负载R供电。

随着时间的增加电容C两端的电压即输出电压在不断增加。

Boost电路VQ截止时等效电路图

通过给开关管输入PWM控制脉冲VQ的开关状态不断变化重复着上述过程最终使得电路的输出电压高于输入电压。

Boost电路的工作波形如图4所示。

Boost电路工作波形图

Boost电路根据电感上的电流是否连续分为三种工作模式分别是连续导通模式Continuous

Conduction

ModeDCM。

为了深入研究Boost电路这三种工作模式的原理先介绍两个概念纹波电流和电流平均值。

2.1

通过图5可以看出Boost电路工作在CCM模式时。

此时一个周期内的由一个矩形和一个三角形组成即

CCM模式下纹波电流为

上式可以说明到的距离和到的距离相等即。

若想让Boost电路工作在CCM模式须保证也就是要保证大于。

2.2

通过图6可以看出Boost电路工作在CCM模式时。

此时一个周期内的由一个三角形组成即

BCM模式下纹波电流为

上式同样可以说明到的距离和到的距离相等即。

若想让Boost电路工作在BCM模式须保证也就是要保证等于。

2.3

通过图7可以看出Boost电路工作在DCM模式时此时一个周期内的由一个三角形组成但是该三角形的底边长为且有即

DCM模式下纹波电流和BCM模式一样

在DCM模式下到的距离和到的距离并不相等从图中可知即。

由此可以看出

2.4

Boost电路通常工作在CCM模式下所以本文主要研究CCM模式下Boost电路的元件参数设计。

为了更好的表述和理解首先对以下变量进行说明和表示输入和输出的直流电压

和表示输入和输出的功率表示控制信号的周期表示控制信号高电平持续的时间则表示控制信号低电平持续的时间D表示控制信号高电平的占空比。

由于电感上的能量遵循守恒原则即吸收的能量等于释放的能量如图4(d)所示。

根据伏秒平衡公式可得

假设电路工作在理想状态下电路无损耗即

另外根据第3节对Boost电路工作模式的分析可知在CCM模式下有

由此得出要使Boost电路工作于CCM模式下其电感L的取值必须满足下述条件

3设计Boost电路电感L的参数时不仅要考虑电路的工作模式还要考虑电流的纹波率电感电流的纹波率

比较上面两个电感L的取值条件由于纹波率指标通常都小于1所以在CCM模式下电感L的取值只需要考虑纹波率指标即可。

即Boost电路工作在CCM模式下且纹波率要小于时电感L的取值需满足的条件为

当时取得最大值即

要满足只需满足即可因此当D可以取到1/3时电感L的取值需满足的条件为

5综上所述Boost电路工作在CCM模式下且电流纹波率小于时电感L的取值需满足

特别的当占空比D可以取1/3时电感L的取值需满足的条件又可以表述为

3.2

相对于储能电感的参数设计输出滤波电容的参数设计要简单一些只需要考虑输出电压纹波率的指标即可。

要求输出电压纹波率小于即

综上所述Boost电路在满足输出电压纹波率小于时输出滤波电容C的取值需满足的条件为

3.3

在CCM模式下假设电感L的纹波电流全部被输入电容Cs吸收(参考图5)则有

3.4

要求Boost电路工作在CCM模式且要求电流纹波率小于输出电压纹波率小于输入电压纹波率小于时其储能器件的参数设计所需满足的条件如下