Boost电路分析及参数设计

本文为部分内容为整理网上材料所得,如有侵权请联系我。

 

1、基本原理

Boost电路的基本拓扑如下:

 

开关导通电感电流和电感两端电压满足这样的关系:

开关关断电感电流和电感两端电压满足这样的关系:

设开关导通时间为Ton,关断时间为Toff,IL为整个工作周期电感的平均电流。

开关导通时电感积累的能量为 Pin=Uin*IL*Ton。

开关关断时电感释放的能量为Pout=(Uo-Uin)*IL*Toff。

由于Pin=Pout可得:

上式左边便是开关PWM占空比D。

需要注意的是这个结果是电感电流始终不为零推倒的,实际上在不加负载时电感上的电流不是连续的。

在上述分析中我们得到BOOST拓扑在电感电流连续的情况下输入输出电压与开关占空比的关系:

那么是不是我们给定了一个占空比,就能得到一个稳定的输出了吗,答案是不可能的,其一输入电压Vin在不断变化,其二负载的变化也会让电感电流进入不连续工作状态,因此我们需要反馈,当输出电压小于期望值时我们将开关占空比增加,同理,大于时减小占空比。

反馈的方式有两种,一种是最常用的硬件反馈,一种是软件反馈。我们先来讨论硬件反馈。

经典开关电源控制芯片UC3842是硬件反馈很常用的器件,以下是UC3842在BOOST电路中的应用:

软件反馈则是指单片机用AD采集BOOST电路输出电压然后与设定电压相比较来改变开关PWM占空比,继而调节输出。软件反馈相比于硬件反馈更显灵活,是后期常用的方式,硬件反馈是基础,软件反馈是升华。

前面介绍了BOOST电路基本组成和控制策略,下面将要介绍BOOST电路内部具体参数的设计,首先是电感的设计。

2、电感设计

设计电感的前提是要知道流过电感的最大电流平均值,就是在满载的情况下,这里不加证明的给出电感电流公式:

其中Io是输出电流,D是开关管最大占空比。

我们建立这样一个原则:

设开关导通时间为Ton,则:

,f为开关频率

导通时电感电流上升斜率为:

那么:

从而可以得出电感:

仅仅算出电感值不够,我们还要确定用什么样的磁芯和多少线径的铜线绕制,在这之前,我们要简单说说电感的一个重要特性——磁饱和。

具体定义大家百度一下,用最直接的解释就是电感感值随着流过电感电流的变大而变小,甚至完全消失,电感成为了一根导线,引发短路!

我们带着这个特性来尝试设计它。

首先我们要知道有哪些常用的磁芯

从大到小:77191A7、77254A7、77930A7

分别常用于80~200W,20~80W,20W以下。

根据电感L=AL*N^2。计算出圈数

我们说过电感感值会随着电流增大而变小,我们要求设计出来的电感在最大电流时其值下降不低于电流为0时的80%。看PDF文档最下面有个图表:

磁芯圈数都设计好了,最后一步是漆包线线径的确定,我们提供一个原则,一般导线截面积单位cm^2上流过的电流为400A

3、续流二极管选取

对于续流二极管,要注意流过最大电流限制和反向承受电压限制,满足这两个基本条件下我们希望二极管反向恢复速度越快越好。

【推荐】SS36(反向恢复时间小于10ns,耐压值为60V,正向电流为3A,正向导通压降仅为0.75V)

4、开关管选取

对于开关管,选用开关速度快的MOSFET场效应管,要注意它的耐压值足够大和导通电阻尽量小。

【推荐】IRF3205(导通阻抗仅为8毫欧,一个开关周期仅为64ns

开关频率建议设定为20kHz。

另外,单片机是不能驱动MOS管的,所以需要用驱动芯片来驱动,推荐使用IR2302,电路图如下:

如果是驱动单个MOS管,HO接MOS的G极,VS接地。

5、取样电阻

电流取样电阻的选取不能只看功率够不够,而是要满足精度的问题,当电路工作时,电阻难免发热,阻值会发生变化,这样测量的电流就不准了,而康铜丝电阻不仅功率大,温漂也相当小,因此我们选取它作为电流采样电阻。

电流采样电路简图如下:

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/Zd_c000/article/details/86175133