boost電路和buck電路（boost電路）

關(guān)于boost電路和buck電路，boost電路這個(gè)問(wèn)題很多朋友還不知道，今天小六來(lái)為大家解答以上的問(wèn)題，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、摘要：提出了一種Boost電路軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，即同步整流加上電感電流反向。

2、根據(jù)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的條件不同，提出了強(qiáng)管和弱管的概念，給出了滿足軟開(kāi)關(guān)條件的設(shè)計(jì)方法。

3、一個(gè)24V輸入，40V/2.5A輸出，開(kāi)關(guān)頻率為200kHz的同步Boost變換器樣機(jī)進(jìn)一步驗(yàn)證了上述方法的正確性，其滿載效率達(dá)到了96.9％ 　　關(guān)鍵詞：升壓電路；軟開(kāi)關(guān)；同步整流 　　引言 　　輕小化是目前電源產(chǎn)品追求的目標(biāo)。

4、而提高開(kāi)關(guān)頻率可以減小電感、電容等元件的體積。

5、但是，開(kāi)關(guān)頻率提高的瓶頸是器件的開(kāi)關(guān)損耗，于是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。

6、一般，要實(shí)現(xiàn)比較理想的軟開(kāi)關(guān)效果，都需要有一個(gè)或一個(gè)以上的輔助開(kāi)關(guān)為主開(kāi)關(guān)創(chuàng)造軟開(kāi)關(guān)的條件，同時(shí)希望輔助開(kāi)關(guān)本身也能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。

7、 　　Boost電路作為一種最基本的DC/DC拓?fù)涠鴱V泛應(yīng)用于各種電源產(chǎn)品中。

8、由于Boost電路只包含一個(gè)開(kāi)關(guān)，所以，要實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)往往要附加很多有源或無(wú)源的額外電路，增加了變換器的成本，降低了變換器的可靠性。

9、 　　Boost電路除了有一個(gè)開(kāi)關(guān)管外還有一個(gè)二極管。

10、在較低壓輸出的場(chǎng)合，本身就希望用一個(gè)MOSFET來(lái)替換二極管（同步整流），從而獲得比較高的效率。

11、如果能利用這個(gè)同步開(kāi)關(guān)作為主開(kāi)關(guān)的輔助管，來(lái)創(chuàng)造軟開(kāi)關(guān)條件，同時(shí)本身又能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，那將是一個(gè)比較好的方案。

12、 　　本文提出了一種Boost電路實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的方法。

13、該方案適用于輸出電壓較低的場(chǎng)合。

14、 　　1 工作原理 　　圖1所示的是具有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的同步Boost電路。

15、其兩個(gè)開(kāi)關(guān)互補(bǔ)導(dǎo)通，中間有一定的死區(qū)防止共態(tài)導(dǎo)通，如圖2所示。

16、通常設(shè)計(jì)中電感上的電流為一個(gè)方向，如圖2第5個(gè)波形所示。

17、考慮到開(kāi)關(guān)的結(jié)電容以及死區(qū)時(shí)間，一個(gè)周期可以分為5個(gè)階段，各個(gè)階段的等效電路如圖3所示。

18、下面簡(jiǎn)單描述了電感電流不改變方向的同步Boost電路的工作原理。

19、在這種設(shè)計(jì)下，S2可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，但是S1只能工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

20、 　　1）階段1〔t0～t1〕該階段，S1導(dǎo)通，L上承受輸入電壓，L上的電流線性增加。

21、在t1時(shí)刻，S1關(guān)斷，該階段結(jié)束。

22、 　　2）階段2〔t1～t2〕S1關(guān)斷后，電感電流對(duì)S1的結(jié)電容進(jìn)行充電，使S2的結(jié)電容進(jìn)行放電，S2的漏源電壓可以近似認(rèn)為線性下降，直到下降到零，該階段結(jié)束。

23、 　　3）階段3〔t2～t3〕當(dāng)S2的漏源電壓下降到零之后，S2的寄生二極管就導(dǎo)通，將S2的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài)，也就是為S2的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)造了條件。

24、 　　4）階段4〔t3～t4〕S2的門(mén)極變?yōu)楦唠娖?，S2零電壓開(kāi)通。

25、電感L上的電流又流過(guò)S2。

26、L上承受輸出電壓和輸入電壓之差，電流線性減小，直到S2關(guān)斷，該階段結(jié)束。

27、 　　5）階段5〔t4～t5〕此時(shí)電感L上的電流方向仍然為正，所以該電流只能轉(zhuǎn)移到S2的寄生二極管上，而無(wú)法對(duì)S1的結(jié)電容進(jìn)行放電。

28、因此，S1是工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)的。

29、 　　接著S1導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)周期。

30、從以上的分析可以看到，S2實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，但是S1并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。

31、其原因是S2關(guān)斷后，電感上的電流方向是正的，無(wú)法使S1的結(jié)電容進(jìn)行放電。

32、但是，如果將L設(shè)計(jì)得足夠小，讓電感電流在S2關(guān)斷時(shí)為負(fù)的，如圖4所示，就可以對(duì)S1的結(jié)電容進(jìn)行放電而實(shí)現(xiàn)S1的軟開(kāi)關(guān)了。

33、 　　在這種情況下，一個(gè)周期可以分為6個(gè)階段，各個(gè)階段的等效電路如圖5所示。

34、其工作原理描述如下。

35、 　　1）階段1〔t0～t1〕該階段，S1導(dǎo)通，L上承受輸入電壓，L上的電流正向線性增加，從負(fù)值變?yōu)檎怠?/p>

36、在t1時(shí)刻，S1關(guān)斷，該階段結(jié)束。

37、 　　2）階段2〔t1～t2〕S1關(guān)斷后，電感電流為正，對(duì)S1的結(jié)電容進(jìn)行充電，使S2的結(jié)電容放電，S2的漏源電壓可以近似認(rèn)為線性下降。

38、直到S2的漏源電壓下降到零，該階段結(jié)束。

39、 　　3）階段3〔t2～t3〕當(dāng)S2的漏源電壓下降到零之后，S2的寄生二極管就導(dǎo)通，將S2的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài)，也就是為S2的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)造了條件。

40、 　　4）階段4〔t3～t4〕S2的門(mén)極變?yōu)楦唠娖?，S2零電壓開(kāi)通。

41、電感L上的電流又流過(guò)S2。

42、L上承受輸出電壓和輸入電壓之差，電流線性?小，直到變?yōu)樨?fù)值，然后S2關(guān)斷，該階段結(jié)束。

43、 　　5）階段5〔t4～t5〕此時(shí)電感L上的電流方向?yàn)樨?fù)，正好可以使S1的結(jié)電容進(jìn)行放電，對(duì)S2的結(jié)電容進(jìn)行充電。

44、S1的漏源電壓可以近似認(rèn)為線性下降。

45、直到S1的漏源電壓下降到零，該階段結(jié)束。

46、 　　6）階段6〔t5～t6〕當(dāng)S1的漏源電壓下降到零之后，S1的寄生二極管就導(dǎo)通，將S1的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài)，也就是為S1的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)造了條件。

47、 　　接著S1在零電壓條件下導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)周期。

48、可以看到，在這種方案下，兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2都可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。

49、 　　2 軟開(kāi)關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì) 　　以上用同步整流加電感電流反向的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)Boost電路的軟開(kāi)關(guān)，其中兩個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的難易程度并不相同。

50、電感電流的峰峰值可以表示為 　　ΔI=(VinDT)/L （1） 　　式中：D為占空比； 　　T為開(kāi)關(guān)周期。

51、 　　所以，電感上電流的最大值和最小值可以表示為 　　Imax=ΔI/2＋I(xiàn)o （2） 　　Imin=ΔI/2－Io （3） 　　式中：Io為輸出電流。

52、 　　將式（1）代入式（2）和式（3）可得 　　Imax=(VinDT)/2L＋I(xiàn)o （4） 　　Imin=(VinDT)/2L－Io （5） 　　從上面的原理分析中可以看到S1的軟開(kāi)關(guān)條件是由Imin對(duì)S2的結(jié)電容充電，使S1的結(jié)電容放電實(shí)現(xiàn)的；而S2的軟開(kāi)關(guān)條件是由Imax對(duì)S1的結(jié)電容充電，使S2的結(jié)電容放電實(shí)現(xiàn)的。

53、另外，通常滿載情況下|Imax||Imin|。

54、所以，S1和S2的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)難易程度也不同，S1要比S2難得多。

55、這里將S1稱(chēng)為弱管，S2稱(chēng)為強(qiáng)管。

56、 　　強(qiáng)管S2的軟開(kāi)關(guān)極限條件為L(zhǎng)和S1的結(jié)電容C1和S2的結(jié)電容C2諧振，能讓C2上電壓諧振到零的條件，可表示為式（6）。

57、 　　將式（4）代入式（6）可得 　　實(shí)際上，式（7）非常容易滿足，而死區(qū)時(shí)間也不可能非常大，因此，可以近似認(rèn)為在死區(qū)時(shí)間內(nèi)電感L上的電流保持不變，即為一個(gè)恒流源在對(duì)S2的結(jié)電容充電，使S1的結(jié)電容放電。

58、在這種情況下的ZVS條件稱(chēng)為寬裕條件，表達(dá)式為式（8）。

59、 　　(C2＋C1)Vo≤（VinDT/2L+Io）tdead2 （8） 　　式中：tdead2為S2開(kāi)通前的死區(qū)時(shí)間。

60、 　　同理，弱管S1的軟開(kāi)關(guān)寬裕條件為 　　(C1＋C2)Vo≤(VinDT/2L-Io)tdead1 （9） 　　式中：tdead1為S1開(kāi)通前的死區(qū)時(shí)間。

61、 　　在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中，強(qiáng)管的軟開(kāi)關(guān)條件非常容易實(shí)現(xiàn)，所以，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)弱管的軟開(kāi)關(guān)條件。

62、首先確定可以承受的最大死區(qū)時(shí)間，然后根據(jù)式(9)推算出電感量L。

63、因?yàn)椋谀軐?shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的前提下，L不宜太小，以免造成開(kāi)關(guān)管上過(guò)大的電流有效值，從而使得開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗過(guò)大。

64、 　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 　　一個(gè)開(kāi)關(guān)頻率為200kHz，功率為100W的電感電流反向的同步Boost變換器進(jìn)一步驗(yàn)證了上述軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)方法的正確性。

65、 　　該變換器的規(guī)格和主要參數(shù)如下： 　　輸入電壓Vin24V 　　輸出電壓Vo40V 　　輸出電流Io0～2.5A 　　工作頻率f200kHz 　　主開(kāi)關(guān)S1及S2IRFZ44 　　電感L4.5μH 　　圖6(a)，圖6（b）及圖6(c)是滿載（2.5A）時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形。

66、從圖6(a)可以看到電感L上的電流在DT或(1－D)T時(shí)段里都會(huì)反向，也就是創(chuàng)造了S1軟開(kāi)關(guān)的條件。

67、從圖6(b)及圖6(c)可以看到兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2都實(shí)現(xiàn)了ZVS。

68、但是從電壓vds的下降斜率來(lái)看S1比S2的ZVS條件要差，這就是強(qiáng)管和弱管的差異。

69、 　　圖7給出了該變換器在不同負(fù)載電流下的轉(zhuǎn)換效率。

70、最高效率達(dá)到了97.1％，滿載效率為96.9％。

71、 　　4 結(jié)語(yǔ) 　　本文提出了一種Boost電路軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)策略：同步整流加電感電流反向。

72、在該方案下，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管根據(jù)軟開(kāi)關(guān)條件的不同，分為強(qiáng)管和弱管。

73、設(shè)計(jì)中要根據(jù)弱管的臨界軟開(kāi)關(guān)條件來(lái)決定電感L的大小。

74、因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)頻率可以設(shè)計(jì)得比較高。

75、電感量可以設(shè)計(jì)得很小，所需的電感體積也可以比較?。ㄍǔ？梢杂肐型磁芯）。

76、因此，這種方案適用于高功率密度、較低輸出電壓的場(chǎng)合。

本文分享完畢，希望對(duì)大家有所幫助。

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