眾所周知，改變電壓值最直接的方法就是交流電，通過(guò)變壓器可以方便地改變電壓值大小。但是，如果源電壓和目標(biāo)電壓都是直流的話(huà)，通過(guò)變壓器的這種方式就很麻煩：需要先轉(zhuǎn)換成交流，改變電壓之后再轉(zhuǎn)換成直流，需要經(jīng)過(guò)兩次交直流轉(zhuǎn)換。

那么，有沒(méi)有直接直流轉(zhuǎn)直流的電壓變換電路呢？當(dāng)然有！這就是DC-DC變換電路。

DC-DC電路又叫斬波電路，為什么是這個(gè)名字呢？因?yàn)檫@個(gè)電路的工作原理是，通過(guò)開(kāi)關(guān)的控制把源電壓分成一段一段的能量送到輸出端，就像是把輸出波形斬成了一段一段的，因此叫斬波電路。通過(guò)開(kāi)關(guān)的斬波控制，再加上能量器件（電感、電容）的存儲(chǔ)與釋放，從而達(dá)到改變輸出端電壓值的目的。

基本的斬波電路有六種：降壓斬波（buck）電路、升壓斬波（boost）電路、升降壓斬波（buck-boost）電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路。其中，前兩種斬波電路是最基本的斬波電路。下面主要講一下升壓斬波電路，也就是boost電路。

顧名思義，boost電路的功能是升壓，即輸出電壓比輸入電壓更高。boost電路主要應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、單相功率因數(shù)校正（PFC）電路，以及其他交直流電源中。

如下是boost電路最基本的拓?fù)鋱D：

boost電路有兩種工作過(guò)程：充電過(guò)程和放電過(guò)程。通過(guò)控制中間的開(kāi)關(guān)器件來(lái)切換兩個(gè)工作過(guò)程。

在分析兩個(gè)工作過(guò)程切換工作之前，我們先假定中間的開(kāi)關(guān)器件已經(jīng)斷開(kāi)很久，其他器件已經(jīng)運(yùn)行到穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，輸出電容上的電壓等于輸入電壓（假定所有器件均為理想器件，忽略電感和二極管的壓降）。

充電過(guò)程：中間的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，Vin直接給電感充電，從理論上講，電感上的電流會(huì)以一定的比率持續(xù)線(xiàn)性增加，此時(shí)二極管的作用是防止電容直接對(duì)地放電。

如下是等效電路圖，導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)器件以導(dǎo)線(xiàn)代替。

放電過(guò)程：開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，由于電感器件的電流保持特性，電感上的電流不會(huì)直接變?yōu)?，而會(huì)由開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間的值緩慢變?yōu)?。但是，此時(shí)原來(lái)的放電回路已經(jīng)斷開(kāi)，因此電感只能通過(guò)其他路徑放電。這個(gè)新的放電路徑就相當(dāng)于再給輸出電容充電，輸出電容兩端的電壓會(huì)持續(xù)升高，此時(shí)已經(jīng)比輸入電源的電壓高了。

如下是等效電路圖，斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)直接隱去。

通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件以一定頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電感持續(xù)進(jìn)行充電——放電（給電容充電）過(guò)程，輸出端會(huì)得到一個(gè)比輸入端大的電壓值。通過(guò)增加濾波電路可以將波動(dòng)過(guò)濾，獲得穩(wěn)定的高于輸入電壓的一個(gè)輸出電壓值。

那么，如何控制輸出電壓的具體值呢？主要有三種方式：一種是控制開(kāi)關(guān)周期不變，改變導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間占比，即改變占空比的模式；二是導(dǎo)通時(shí)間不變，改變整個(gè)開(kāi)關(guān)周期，即改變控制頻率的模式；三是兩種參數(shù)都能改變的模式。

至此，我們已經(jīng)了解了boost電路的大概工作原理。那么，如何設(shè)計(jì)出一個(gè)好的boost電路呢？

首先要知道制約這個(gè)電路的關(guān)鍵點(diǎn)是什么，然后才能根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選型與調(diào)整。

制約boost電路的功率和效率的關(guān)鍵點(diǎn)，主要是開(kāi)關(guān)管、整流管，以及電感損耗上。

電感不能選取磁通太小、導(dǎo)線(xiàn)太細(xì)的，否則無(wú)法存儲(chǔ)足夠能量，出現(xiàn)磁飽和（磁通太小）或者無(wú)法提供足夠的瞬時(shí)功率（導(dǎo)線(xiàn)太細(xì)）；通常都需要很大的體積來(lái)實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)。想要減小電感體積，可以通過(guò)提高電路的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

整流管的選型不是最關(guān)鍵的，一般選取肖特基管即可，需要關(guān)注的參數(shù)是持續(xù)導(dǎo)通電流和導(dǎo)通壓降。

開(kāi)關(guān)管是關(guān)鍵器件，需要選取導(dǎo)通電阻盡量小的，并且能夠承受足夠的導(dǎo)通電流；同時(shí)，如果為了減小電感體積而增加工作頻率，開(kāi)關(guān)管需要有足夠的開(kāi)關(guān)速度。

總體來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開(kāi)關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，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(gè)方面著手：

1、盡可能降低開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能；

2、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(shí)回路的損耗最低；

3、盡可能降低控制電路的消耗，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，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。

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審核編輯：湯梓紅