在汽車電子各類控制器中,經常會有BOOST升壓電路的設計,以保證電壓掉到一定值后仍然能使部分功能運行。
BOOST升壓電源是利用開關管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出的一種開關電源。它以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用在各行業電子設備中,是不可缺少的一種電源架構。
1、拓撲結構
以下為BOOST電路拓撲結構,主要器件是MOS管、電感、二極管各一顆,電容若干。一般的小功率BOOST類型DCDC芯片L1和D1外置,大功率DCDC芯片MOS管外置。 使用PWM方式控制MOS管導通與關閉 。
2、MOS管導通(充電過程)
MOS管導通后,電流流向如下圖紅色箭頭指示, 電感開始充電 ,轉換為磁能,此時二極管反向截止,輸出能量全部由C2電容提供,如下綠色箭頭。
開關導通時間=占空比*開關周期=D*T。
3、MOS管關閉(放電過程)
MOS管關閉后,電流流向如下圖綠色箭頭指示,電感釋放能量,這時候電感就像一個電池和Vin串聯為負載供電,同時為輸出電容C2充電。此時負載由輸出電容C2和二極管D1提供電能。D1一般選擇導通迅速、導通壓降小的肖特基二極管。
放電時間=(1-占空比)*開關周期=(1-D)*T。此時,Vin連同電感L1一起向負載放電,正負號不要搞混了(如上圖,兩者是疊加關系)。
4、升壓公式
根據電感的伏秒特性:在開關閉合和斷開的兩個時間內,電感充電和放電是一樣的。即有:
也就是:
整理后,可以得到:
根據該式,我們可以清楚地知道,升壓倍數由PWM的占空比決定。當D=0.5時,輸出為輸入的2倍。
5、芯片應用
以TI的LM3478(2.97V~40V 寬輸入范圍升壓)芯片為例,如下的應用中,FB處電壓為1.26V,此時:
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