boost升压电路的工作原理及结构分析图，boost升压电路的工作原理及结构分析

很多朋友对boost升压电路的工作原理及结构分析图，boost升压电路的工作原理及结构分析不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

上次我们简单介绍了最基本的boost电路结构，以及它是如何利用电流变化率变化时电感的电压极性会反转的特性来产生高于输入电压的输出电压的。这次我们将继续分析这个电路，看看它完整的工作原理。看Boost升压电路中的开关SW1。当它导通时，输入电流将流经电感L1，然后到达地。这时，输入的能量将以磁场的形式储存在L1中。

当SW1关断时，L1上方的电流会继续同向流动，因为电感不允许电流不连续变化：电感上的电流在储存能量时会逐渐增大，释放能量时会逐渐减小，电感两端的电压与其上方电流的变化率有关：V(t)=L * di(t)/dt。

因此，当电感器上的电流从增加变为减少时，电感器上的电压极性将被反转。这时电感就像是与电源串联的电压源，图中A点的电压变成：VA=VIN VL，于是我们得到一个高于VIN的电压。该电压将通过D1给C1充电，并流向负载R1。然后它返回到给电感器充电的状态。此时SW1再次导通，电流流经电感，经SW1到达地。

由于SW1接地，此时A点的电压为0，这将使D1在没有连接的情况下进入反向偏置状态。在最后一个州，我们已经通过D1向C1收费了。因此，虽然此时没有电流继续流经D1，但存储在C1的电荷仍然可以继续供给负载R1，因此输出电流不会中断，而是继续由C1供给。

在升压电路中，由于来自前端的电流在开关的通断之间会不连续，D1和C1组成整流滤波电路，使前端在电感充电而不能提供电流的情况下，也能持续向负载供电。

在开关期间，滤波电容C1会不断地充放电，因此最终输出电压会有一定程度的波动。

滤波电容越大，能储存的电荷越多，在SW1导通期间能输出给负载的电荷就越多，其上的电压变化越小，纹波电压就越小。但由于前端电流不连续，开关电源根本不可能没有纹波，只能用C1滤波电容将纹波电压控制在可接受的范围内。

我们已经知道了输出电压，因为电感电压会和输入电压叠加，这样就可以得到比输入电压更高的输出电压。但是这个电压有多高呢？在很多推导升压电路的教材或文章中，我们经常可以看到这样一个公式来表示输出电压与输入电压的关系：VOUT/VIN=1/1d。

这里，d是转换开关SW1的占空比，即其接通和断开的比率。如果SW1在整个周期中有30%的时间接通，70%的时间断开，则D为0.3。d必须介于0(SW1完全不导通)和1(SW1始终导通)之间。从上式可以看出，输出电压必须大于输出电压。

为了避免吓跑读者，这里不打算推导这个公式，而这个公式的推导实际上是在很多限制条件下实现的，比如电路工作在稳态(输出和输入的电压和电流不变)，电感上的电流不会降到零，也就是在电感存储的能量用完之前就开始给电感充电的下一个周期。

在大多数应用中，升压电压转换电路不能工作在某一稳态，因为负载总是在变化的。

我们讲电源讲了这么久，一直在讲“稳压”电源，是指电源电路会不断监测输出电压，调整其工作状态，使输出电压保持在稳定的目标电压；线性稳压电源电路如此，开关稳压电源电路也是如此。所以我们可以把前面电路中的SW1换成一个可以被电路控制的开关，比如MOSFET，然后用一个电路来监测输出电压，控制后面的MOSFET开关。

于是这个电路就变成了这样：从上面的公式我们可以知道，当开关的占空比D变大时，升压比就会上升。当开关的占空比变小时，升压比将降低。

因此，上图中的电压检测与控制电路必须随时检测输出电压，并与参考电压进行比较。一旦发现输出电压高于参考电压，调低转换开关的占空比；如果发现输出电压低于参考电压，则转换开关的占空比增加；如果输出电压等于基准电压，则电流占空比将保持不变。

这个过程其实和线性稳压电源的反馈控制非常相似。不同的是，线性稳压电源的控制电路的输出用于调节稳压晶体管的导通程度，而开关电源的控制电路的输出用于调节开关的占空比。如果把输入电压和输出电压的公式画在面前，会是这样的：

横轴是切换开关的duty cycle，介于0 和1 之间，它可以是0 但不能是1。如果duty cycle 是0，代表切换开关从来不导通，电流就一直流过电感、二极管到输出，这个电路自然也就没有任何升压的功能，输出电压等于输入电压。

Duty cycle 可以非常接近1，代表切换开关导通很长的时间，断开很短的时间，这时候输出电压与输入电压的比值会非常高，boost 电路的升压比会很大。

从上图可以看出来，因为D 在式子的分母，duty cycle 与升压比之间的关系并不是线性的，而是呈现双曲线的关系。当D 接近1 时，升压比会快速上升，因此当D 很大时，只要D 变动一点点，输出电压就会变动很大，这对控制系统来说是不易控制的区间。

因此实务上我们设计boost 升压电路时，大致上会将输出电压和输入电压之间的比值限制在10 以内，再上去的话，回授和控制电路就会变得很不稳定、很难控制。

除了控制电路的限制外，实务上在设计boost 电路时，升压比也会受到零件选择的一些限制，比方说电感的大小、滤波电容的大小、MOSFET 的耐电流等。我们在之后介绍实际电路时会再说明这些限制。

小结

这一次我们将boost 升压电路的工作原理说明完了，也解释了如何用切换开关的duty cycle 控制输入与输出电压之间的关系，以及要做到稳压输出时，回授电路该如何控制切换开关。

下一回我们会开始用实际的boost 电源IC 来说明真实应用中的boost 电路该如何设计，零件该如何选择，以及电路设计上有什么该注意的地方。

审核汤梓红

以上知识分享希望能够帮助到大家！