升压电路.pptx

R RuiuiuiuiK Kongongongong扬州瑞控汽车电子有限公司Boost 升压变换器原理及设计BuckBoostFlybackBuck-BoostForwardTwo switch forwardFull BridgeHalf BridgePull-Push电路结构开关电源最基本的三种拓扑BUCK、BOOST、BUCK-BOOST就是对三种器件的连接方式进行不同的组合。开关管在Ton时间内导通，二极管反向截止，电感电流线性上升；开关管在Toff时间内关断，二极管正向导通，电感电流线性下降。对电感工作的理解最为关键Ton阶段，开关管导通，电感电流线性上升，斜率为电感电流变化量i=，其中Vsw为开关管压降。输出电容为负载提供能量。uTon阶段工作原理Toff阶段，开关管关断，电感电流线性下降，斜率为电感电流变化量 i=，其中Vd为二极管压降。电感电流为负载提供能量，同时补充输出电容在Ton阶段输出的能量。uToff阶段工作原理电感电流在Ton时间内上升值等于Toff时间内下降值，都为i。=，T=Ton+Toff，Ton/T=D。（Vin-Vsw）Ton=（Vo+Vd-Vin）Toff，即伏秒积相同。u电感电流连续模式下的电感、开关管及二极管电流工作原理Boost电路输入电压、输出电压与占空比关系：D=如果忽略开关管及二极管压降，输入输出电压关系为：Vo=输出电流全部流过二极管，则二极管平均电流ID=IO=IL(1-D)ID为二极管平均电流，IO为输出平均电流，IL 为电感平均电流。工作原理器件选型工作条件首先考虑电感磁芯的最“恶劣”工作条件，以满电感电流不至于饱和。Boost电路电感电流连续，电感峰值电流IL_PK=（1+）其中电流纹波率 r=，即i=rIL，r一般取0.30.4。i随着占空比（输入电压）的变化：i=当D0.5时，i随D增大（输入电压降低）而增大；当D0.5时，i随D增大（输入电压降低）而减小；电感峰值电流IL_PK 在最小输入电压VIN_MIN（DMAX）下最大，在此条件下设计Boost电路。最“恶劣”工作条件的确定绘制函数曲线得出器件选型u负载电流与平均电感电流关系 IO=IL（1-D）IL=电感电流峰值为IL_PK=IL+i/2电感小功率电源使用类型Vo=，则D=i=，其中Fs为开关管工作频率。L=电感峰值电流IL_PK=IL+i/2=(1+r/2)IL电感电流选择一般大于IL_PK的1.2倍。器件选型电感容量越大，装的越多！器件选型二极管二极管类型频率在几百KHz范围内，选择肖特基二极管。二极管电压在Ton阶段，二极管承受最大反向电压，其值为Vo。二极管耐压至少选择Vo的1.2倍。如果二极管两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。二极管电流二极管的平均电流ID_AVG=Io二极管额定电流至少选择Io的2倍以上，电流较大的需要注意散热处理，可以适当选择较大的封装，以获得较低的“温度-环境”热阻JA。器件选型开关管开关管耐压开关管承受的最大电压为VO+VD，如果忽略VD，即为VO。耐压值至少选择Vo的1.2倍，如果DS两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。开关管电流开关管通过的电流有效值IRMS=IL 开关管的电流至少选择IRMS的2倍以上，电流较大的需要注意散热处理，可以适当选择较大的封装，以获得较低的“温度-环境”热阻JA。Ids器件选型输入电容ESR在最低输入电压，输出由空载跳变为满载时计算。ESR=其中，vin为输出电压纹波，一般取输入电压5%以内。电容容值Cin=其中，Ls为输入电源的感抗、Rs为输入电源的阻抗。电容电流有效值Icin_rms=0.29 i额定纹波率等于或大于电容电流有效值。器件选型输出电容输出电容电压输出电容电压选择输出额定电压的1.21.5倍。输出电容流过的电流峰峰值为IL_PK由输出滤波电容ESR引起的纹波为：V1=IL_PK ESR在Ton期间，负载电流全部由输出电容提供，由此引起的纹波电流为：V2=由电感脉动电流在ESR产生：V3=i ESRV=V1+V2-V3电容通过的电流有效值IRMS=1.13IL 额定纹波率等于或大于电容电流有效值。输出滤波电容对环路稳定有影响，适当的增大有助于环路稳定。设计实例输入输出参数u输入电压：916Vu输出电压：18Vu输出电流：0.5Au工作温度：-40 85u输出电压纹波：2%u输入电压纹波：2%u开关频率：500KHz在输入电压等于9V时进行计算，此时D=0.5器件选型u负载电流与平均电感电流关系 IO=IL（1-D）IL=1A设r=0.3，i=r IL=0.3AL=30uH电感电流峰值为IL_PK=IL+i/2=1.3A1.2 IL_PK=1.56A选择33uH，2A的成品电感。r=0.27，i=rIL=0.27A，IL_PK=1.27A电感器件选型二极管二极管类型选择肖特基二极管。二极管电压在Ton阶段，二极管承受最大反向电压，其值为Vo。二极管耐压至少选择Vo的1.2倍。如果二极管两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。选择二极管耐压为30V。二极管电流二极管的平均电流ID_AVG=Io=0.5A二极管额定电流至少选择Io的2倍以上，考虑散热处理，选择电流为2A。二极管型号CMSH2-40M。器件选型开关管开关管耐压开关管承受的最大电压为VO+VD，如果忽略VD，即为VO。耐压值至少选择Vo的1.2倍，如果DS两端有尖峰，需要根据实际情况进行调整。耐压选择30V。开关管电流开关管通过的电流有效值IRMS=IL =0.9A 开关管的电流至少选择IRMS的2倍以上，考虑到热处理，选择较大封装。采用SO-8封装。器件选型输入电容电容额定电压考虑TVS的钳位电压，选择额定电压为50V。ESR在最低输入电压，输出由空载跳变为满载时计算。ESR=0.18电容容值Cin=2.22uF其中，Ls取1uH、Rs取0.1。电容电流有效值Icin_rms=0.29 i=0.087A选择两颗50V/2.2uF的MLCC并联。器件选型输出电容输出电容电压输出电容电压选择输出额定电压的1.21.5倍，选择25V。输出纹波峰峰值为V=0.72V在Ton期间，负载电流全部由输出电容提供，由此引起的纹波电流为VP-P=，Co=0.69uF考虑到电容精度、裕量及输出负载瞬态变化，选择2颗2.2uF的MLCC并联。MLCC的典型ESR为3m。器件选型输出电容由输出滤波电容ESR引起的纹波为V1=IL_PK ESR=0.00195VV2=0.1136VV3=i ESR=0.004VV1+V2-V3=0.108电容通过的电流有效值IRMS=1.13IL =0.565A 由上可知，18V电压降低很小，在激光发射器瞬间耗费4A的电流时。