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Part 01

前言

Boost电路也就是升压电路,用于将输入电压提升至更高的输出电压。其性能的关键在于开关器件的占空比(Duty Cycle),它直接影响输出电压和电路效率。接下来我们就详细解析Boost电路的工作原理、占空比的计算方法及其推导过程。
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Part 02

Boost电路基本原理

Boost电路主要由电感L、开关器件Q、二极管D、电容C和负载R组成。工作过程分为两个阶段:

开关导通阶段:开关Q闭合,输入电压Vin通过电感L储能,电流线性增加,能量以磁场形式储存。二极管D截止,输出电容C为负载R供电。

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开关关断阶段:开关Q断开,电感L释放能量,通过二极管D向输出电容C和负载R供电,输出电压Vout高于Vin。

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占空比D定义为开关导通时间Ton与周期T(T = Ton + Toff)的比值:

D = Ton / T

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Part 03

占空比公式推导

1.理想情况下的推导

在理想Boost电路中,忽略MOSFET压降,二极管压降。根据伏秒平衡原理,电感在导通和关断阶段的电压-时间积相等。

Vo:输出电压

Vd:二极管正向压降

Vin:输入电压

Vsw:开关损耗电压

导通阶段:开关Q闭合,电感电压VL = Vin,持续时间Ton。

关断阶段:开关Q断开,电感电压VL = Vin - Vout,持续时间Toff。

伏秒平衡方程为: Vin * Ton =- (Vin - Vout) * Toff

由于T = Ton + Toff,占空比D = Ton / T,1 - D = Toff / T,代入上式: Vin * D * T = -(Vin - Vout) * (1 - D) * T

两边消去T(T ≠ 0),得: Vin * D =- (Vin - Vout) * (1 - D)

展开并整理: 

D = 1 - Vin / Vout = (Vo - Vin) / Vo

2.考虑MOSFET压降,二极管压降的推导

关断阶段,电感电压VL =  (Vo + Vd) - Vin

导通阶段VL = Vin - Vsw

伏秒平衡为: (Vin - Vsw) * Ton = ((Vo + Vd) - Vin) * Toff 

展开并整理:

D = (Vo + Vd - Vin) / (Vo + Vd - Vsw)

Part 04

总结

1.快速计算我们可以用这个公式:D = (Vo - Vin) / Vo
2.精确计算我们可以用这个公式:D = (Vo + Vd - Vin) / (Vo + Vd - Vsw)

3.Vin越低或Vo越高,D越大。

4.Vd和Vsw增加会调整D。

5.上面的推导适用于连续导通模式CCM;不连续导通模式DCM不适用。
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END




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