升压电路PPT学习教案

1、会计学1 升压电路升压电路 第1页/共22页 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 第2页/共22页 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 Vin Vsw L on Vin Vsw T L 工作原理 第3页/共22页 Toff阶段，开关管关断，电感电流线性下降

2、，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 dVoVVin L d off VoVVin T L 工作原理 第4页/共22页 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 d off VoVVin T L on Vin Vsw T L 工作原理 第5页/共22页 Boost电路输入电压、输出电压与占空比关系：D=

3、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。 d odsw VoVVin VVV 1 in 1 V D 工作原理 第6页/共22页 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，

4、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 2 D-DVo T L （） o 1- I D r 2 i L I 绘制函数曲线得出 on Vin Vsw T L D Vin T L 第7页/共22页 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 o 1- I D 小功率电源使用类型 第8页/共22页 Vo= ，则D= in_min 1 V D oin_min o VV V i= = ，其中Fs为开关管工

5、作频率。 in_min on V T L in_min1 s V D LF L= L in_min1oin _min rIso VVV FV 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！ 第9页/共22页 器件选型 二极管 二极管类型二极管类型 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。 二极管电流二极管电流 二极管的平均电流ID

6、_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。 第10页/共22页 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。 2 (1+) 12 r D Ids 第11页/共22页 器件选型 输入电容 ESR 在最低

7、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。 1in 2o DV I （） 2 2Ls VoIo VinRs 第12页/共22页 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=

8、由电感脉动电流在ESR产生：V3=i ESR V= 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。 o osw ID CF 1DD（） 第13页/共22页 设计实例 输入输出参数 u输入电压：916V u输出电压：18V u输出电流：0.5A u工作温度：-40 85 u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 18V-9V 18V 第14页/共22页 器件选型 u负载电流与平均电感电流关系 IO=IL（

9、1-D） IL= =1A 设r=0.3，i=r IL=0.3A L= = =30uH 电感电流峰值为IL_PK = IL+i/2=1.3A 1.2 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 o 1- I D L in_min1oin _min rIso VVV FV 91189 0.3 1A500k z9 VVV HV 第15页/共22页 器件选型 二极管 二极管类型二极管类型 选择肖特基二极管。 二极管电压二极管电压 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

10、。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。 第16页/共22页 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

11、。 2 (1+) 12 r D 第17页/共22页 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。 1in 2o DV I （） 2 2 1u180.5 90.1 HVA V 1 0.50.36 2 0.5 V A （） 2 2Ls VoIo VinRs 第18页/共22页 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。 o osw ID CF o Vsw ID F 第19页/共22页 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=0.00195V V2= = =0.1136V V3=i ESR=0.004V V1+ V2-