1、2.4 Boost 变换器 2.4.1 Boost 变换器电路 SWCVsRLVoAB DCVsRLVoQ （a）（b）图 2-14 Boost 变换器电路 Boost 变换器电路如图 2-14 所示，电路由开关 SW、电感 L、电容 C 组成。完成把电压VS升压到 VO。2.4.2 工作原理 为了分析稳态特性及简化推导过程，假定与 Buck 变换器的假定相同。当开关 SW 在位置 A 时，如图 2-15（a）所示，电流 iL流过电感 L，在电感未饱和前，电感电流线性增加，电能以磁能形式储存在电感 L 中。此时，电容 C 放电，负载 R 上流过电流iO，负载 R 两端为输出电压 VO，由于开关
2、管导通，二极管 D 承受反向电压截止，所以电容 C不能通过开关管放电。当开关 SW 在位置 B 时，如图 2-15（b）所示，由于电感中的磁能使电感 L 两端电压极性反转，以保持 iL不变。电感两端的电压 VL与输入 VS串联，以高于输出电压 VO向电容 C 和负载 R 供电。当两电压之和高于 VO时，电容 C 有充电电流；等于 VO时，电容 C 没有充电电流；当 VO有下降时，电容向负载 R 放电，以维持 VO不变。iL iO iO iL （a）功率开关在导通时等效电路 （b）功率开关在截止时等效电路 图 2-15 Boost 变换器电路工作过程等效电路 升压变换器的工作模式按电感电流在周期
3、开始时是否从零开始，也可以分为两种工作模式：（1）电感电流连续工作模式（Continuous Conduction mode；CCM）；在此模式下电感电流为连续导通的情况，也就是说电感电流的最小值不会降为零，所以有时称为重负载模式。因此，VsDTS （VO-Vs）（1-D）TS 式中 Vs输入电源电压（V）；VO输出电压（V）；CVsRLVoCVsRLVo TS开关周期（s）；D导通占空比。（2）电感电流不连续工作模式（Discontinuous Conduction mode；DCM）；在此模式下电感电流有不通电流的情况，也就是说电感电流的最小值会降为零，而不是连续的情况，所以此种模式有时称
4、为轻负载模式。因此，VsDTS（VO-Vs）（1-D）TS 式中 Vs输入电源电压（V）；VO输出电压（V）；TS开关周期（s）；D导通占空比。2.4.3 Boost 变换器电感电流连续工作模式稳态分析 当升压变换器工作在电流连续模式时，流过电感的电流不会降为零。所以，就象降压变换器在电流连续模式有两种工作状态，图 2-16 所示为升压变换器在电感电流连续模式工作的等效电路 DCVsRLVoQ（a）基本的升压转换器 CVsRLVo （b）功率开关 Q 导通时等效电路 CVsRLVo （c）功率开关 Q 截止时等效电路 图 2-16 Boost 变换器在电感电流连续模式下工作（1）第一个工作状态
5、为开关管 Q 导通。此时电感两端电压为：VL（t）VS （2-50）流过电感的电流为：iL（t）iL（0）1L t0 VL（t）dt iL（0）1L VS t （2-51）在 t tON DTS时，由式（2-51）可得 iL（DTS）iL（0）1L VS DTS （2-52）（2）第二个工作状态为开关管 Q 截止。此时流过电感两端的电压为：VL（t）-(VO VS)（2-53）流过电感的电流为：iL（t）iL（DTS）1L tDTs VL（t）dt iL（DTS）1L-(VO VS)（tDTS）（2-54）所以，在 t TS时，由式（2-54）可得 iL（TS）iL（DTS）1L-(VO VS
6、)（1D）TS （2-55）由于变换器在稳态时，iL（TS）iL（0），所以，由式（2-52）和式（2-55）可得：iL（TS）iL（0）1L VS DTS 1L-(VO VS)（1D）TS 所以 VSDTSL(VOVS)(1D)TSL （2-56）或者是 VsDTS（VO-Vs）（1-D）TS （2-57）实际上，由式（2-56）可得知，在开关管导通和截止时流过电感的电流增量相等。同样，由式（2-57）也可得知，电感会达到伏.秒平衡。由式（2-57）还可得到 VOVS 11D （2-58）式中 Vs输入电源电压（V）；VO输出电压（V）；D导通占空比。从上式可以看出，等式右边大于等于 1，所
7、以输出电压永远比输入电压高，因此称为升压变换器。若考虑输入电压的范围为 VSmin到 VSmax，则 VOVSmin 11Dmax 和 VOVSmax 11Dmin 前面已经假定电感、开关管、二极管以及电容为理想元件。因此变换器没有功率损耗，所以 PI PO 即 VSIS VOIO 所以 IOIS VSVO 1D （2-59）从升压变换器的电路结构可以看出，在电感电流连续模式，输入电流是连续的，故输入端的噪声较小，但流过二极管的电流为不连续的，是脉动的，因此，为了减少输出的纹波，需要较大的输出电容。电路上各点的电压及电流波形，如图 2-17 和图 2-18 所示。VG DTS（1-D）TS t tON tOFF（a）开关管 Q 栅极驱动电压 VQ VO t（b）开关管 Q 漏源极电压 VD t -VO（c）二极管 D 两端电压 VL VS t -(VO-VS)（d）电感 L 两端电压 VO VS1-D t （e）输出电压 图 2-17 升压变换器在电感电流连续模式情况的电压波形 IQ IL t （a）流过开关管 Q 的电流 iD Ipeak IL t（b）流过二极管 D 的电流 iL t （c）流过电感 L 的电流 iC t （d）流过电容 C 的电流 图 2-18 升压变换器在电感电流连续模式情况的电流波形
