Boost電路參數(shù)的設(shè)計中輸出濾波電容的選擇

Boost電路是一種開關(guān)直流升壓電路，它能夠使輸出電壓高于輸入電壓。在電子電路設(shè)計當(dāng)中算是一種較為常見的電路設(shè)計方式。本文將給大家介紹boost基本原理、電路參數(shù)設(shè)計。

芯片會根據(jù)負(fù)載的大小自動切換 PWM，PFM 和BURST 模式以提高各個負(fù)載端的電源系統(tǒng)效率。

本芯片可以通過 EN 腳實現(xiàn)低待機(jī)關(guān)機(jī)功能，當(dāng) EN 腳接 VIN 的時候，系統(tǒng)正常工作，當(dāng) EN 腳位被拉低，系統(tǒng)關(guān)機(jī)，此時流入芯片內(nèi)部的電流小于 2uA，進(jìn)入

低功耗待機(jī)模式。

此外芯片還可以通過 ROSC 腳設(shè)置系統(tǒng)開關(guān)頻率，當(dāng)ROSC 懸空，開關(guān)頻率為 130KHz，當(dāng) ROSC 拉高,開關(guān)頻率為 260KHz，如果需要別的開關(guān)頻率，可以在

ROSC 上對地加電阻實現(xiàn)。

芯片支持軟啟動功能，調(diào)節(jié) SS 端口的電容大小，可以改變軟啟動的時間。

芯片支持逐周期的限流保護(hù)，輸出過壓保護(hù)以及過溫保護(hù)，當(dāng)保護(hù)機(jī)制被觸發(fā)時，芯片會及時關(guān)閉 GATE的輸出，有效保護(hù)電源系統(tǒng)以及輸出負(fù)載。

首先我們需要知道：

電容阻礙電壓變化，通高頻，阻低頻，通交流，阻直流;

電感阻礙電流變化，通低頻，阻高頻，通直流，阻交流;

圖1 Boost開關(guān)升壓電路的原理圖

假定那個開關(guān)(三極管或者M(jìn)OS管)已經(jīng)斷開了很長時間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。

下面要分充電和放電兩個部分來說明這個電路。

充電過程

在充電過程中，開關(guān)閉合(三極管導(dǎo)通)，等效電路如圖2，開關(guān)(三極管)處用導(dǎo)線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。

放電過程

如圖3這是當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時的等效電路。當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。

說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續(xù)的電流。如果這個通斷的過程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

下面是一些補(bǔ)充。

AA電壓低，反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開關(guān)管，整流管，及其他損耗(含電感上)。

電感不能用磁體太小的(無法存應(yīng)有的能量)，線徑太細(xì)的(脈沖電流大，會有線損大)。

整流管大都用肖特基，大家一樣，無特色，在輸出3.3V時，整流損耗約百分之十。

開關(guān)管，關(guān)鍵在這兒了，放大量要足夠進(jìn)飽和，導(dǎo)通壓降一定要小，是成功的關(guān)鍵?？偣膊乓环茏由虾亩嗔司蜎]電出來了，因些管壓降應(yīng)選最大電流時不超過0.2--0.3V，單只做不到就多只并聯(lián)。

最大電流有多大呢?簡單點就算1A吧，其實不止。由于效率低會超過1.5A，這是平均值，半周供電時為3A，實際電流波形為0至6A。所以建議要用兩只號稱5A實際3A的管子并起來才能勉強(qiáng)對付。

現(xiàn)成的芯片都沒有集成上述那么大電流的管子，所以建議用土電路就夠?qū)Ω堆箅娐妨恕?

這些補(bǔ)充內(nèi)容是教科書本上沒有的知識，但是能夠與教科書本上的內(nèi)容進(jìn)行對照并印證。

開關(guān)管導(dǎo)通時，電源經(jīng)由電感-開關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存;開關(guān)管關(guān)斷時，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個方面著手：盡可能降低開關(guān)管導(dǎo)通時回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能;盡可能降低負(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時回路的損耗最低;盡可能降低控制電路的消耗，因為對于轉(zhuǎn)換來說，控制電路的消耗某種意義上是浪費(fèi)掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。

Boost電路參數(shù)的設(shè)計

對于Boost電路，電感電流連續(xù)模式與電感電流非連續(xù)模式有很大的不同，非連續(xù)模式輸出電壓與輸入電壓，電感，負(fù)載電阻，占空比還有開關(guān)頻率都有關(guān)系。而連續(xù)模式輸出電壓的大小只取決于輸入電壓和占空比。

輸出濾波電容的選擇

在開關(guān)電源中，輸出電容的作用是存儲能量，維持一個恒定的電壓。

Boost電路的電容選擇主要是控制輸出的紋波在指標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。

對于Boost電路，電容的阻抗和輸出電流決定了輸出電壓紋波的大小。

電容的阻抗由三部分組成，即等效串聯(lián)電感(ESL)，等效串聯(lián)電阻(ESR)和電容值(C)。

在電感電流連續(xù)模式中，電容的大小取決于輸出電流、開關(guān)頻率和期望的輸出紋波。在MOSFET開通時，輸出濾波電容提供整個負(fù)載電流。

電感

在開關(guān)電源中，電感的作用是存儲能量。

電感的作用是維持一個恒定的電流，或者說，是限制電感中電流的變化。

在Boost電路中，選擇合適電感量通常用來限制流過它的紋波電流。

電感的紋波電流正比于輸入電壓和MOSFET開通時間，反比于電感量。電感量的大小決定了連續(xù)模式和非連續(xù)模式的工作點。

除了電感的感量外，選擇電感還應(yīng)注意它最大直流或者峰值電流，和最大的工作頻率。

電感電流超過了其額定電流或者工作頻率超過了其最大工作頻率，都會導(dǎo)致電感飽和及過熱。

MOSFET

在小功率的DC/DC變化中，Power MOSFET是最常用的功率開關(guān)。MOSFET的成本比較低，工作頻率比較高。

設(shè)計中選取MOSFET主要考慮到它的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。

LED驅(qū)動芯片Buck-Boost升降壓方案詳解：OC4000

而在LED驅(qū)動芯片中，采用Buck-Boost升降壓方案可以有效提高轉(zhuǎn)換效率，減少功耗損耗，并且可以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的電壓調(diào)節(jié)，進(jìn)而延長LED燈具的使用壽命。

此外，Buck-Boost升降壓方案還可以提供更加靈活的調(diào)光功能，滿足不同場景下的光照需求。通過調(diào)節(jié)輸入電壓或開關(guān)頻率，可以實現(xiàn)LED燈具的無級調(diào)光，為用戶提供更好的照明體驗。

其中OC4001是一款升降壓LED恒流驅(qū)動器，具有高度精確的恒流控制能力。它能夠在廣泛的輸入電壓范圍內(nèi)工作，從5V到100V都可以適用。另外，它還具有出色的母線和負(fù)載調(diào)整率，輸出電流可達(dá)3A以上，且效率高達(dá)93%。此外，該驅(qū)動器還具有可調(diào)的工作頻率、智能過溫保護(hù)和軟啟動功能，以及內(nèi)置的VDD穩(wěn)壓管。