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Boost升压电源?
本章导读 在实际的嵌入式电源设计中，我们还会遇到这样一个问题，输入电压太小，需要升高电压后才能正常给系统供电。比如两节干电池串联的电压为3V左右，要给5V的单片机系统供电，就要先把3V电压升高到5V，然后再给其供电。 实现升压的方法有很多，如电荷泵、开关电源等。而最常用的，也是比较简单的是Boost开关电源。要设计出一个Boost升压电源，就要先了解它的工作原理，然后参与实践调试，通过实际调试掌握常用的调试技巧。 1.1
Boost工作原理 和Buck电路一样，Boost电路也有一个功率管，并且只工作在饱和导通或者截止状态，为了方便描述，这里把功率管描述成开关（SW），Boost的原理如
图 1.1
所示。
图 1.1
Boost电路原理图 要理解Boost电路的工作原理，就要理清开关闭合与断开时，电路中的电流方向，以及电源的负反馈控制机制。 1.1.1
开关闭合 当开关闭合时，电路中存在两个电流回路，如
图 1.2
所示。Iin是从电池（输入电源）正极流出，经过电感和开关回到电池（输入电源）负极；IL从电容的正端流经负载回到电容负端。在这个过程中要注意，二极管D上是没有电流流过的。
图 1.2
开关闭合时电流方向 注：有些初学者可能会有这样一个疑惑，开关闭合，相当于把电感并联到电池两端，那不相当于短路了吗？这里有两个知识点要注意，第一，根据法拉第电磁感应定律，给电感两端加恒定电压时，流过电感的电流线性增加，当然，前提是要保证电感没有饱和；第二，开关是通过PWM来控制的，在每一个周期里，开关都闭合、断开一次，而每一次都在电感饱和之前就断开，所以不会出现短路现象。 1.1.2
开关断开 当开关断开时，由于电感上存在电流，根据法拉第电磁感应定律，电感两端将产生一个电动势VBA（下标BA表示B端为正）。VBA与输入电压（Vin）串联，因此在B处得到一个比Vin更高的电压VB，给负载和输出电容供电，此时电流方向如
图 1.3
所示。电流从输入电源正端（Vin）流出，流经电感和二极管后分两路，一路IC流入电容（电容充电），另一路IL流过负载RL，最后回到输入电源负极。
图 1.3
开关断开时电流方向 注意：开关关断过直到下次开通过程中，二极管不一定一直有电流流过，这要取决于电感上存储的能量，当电感能量释放完毕，由电感产生的感应电动势VBA不复存在，那么B上的电位VB与Vin相等，而且比Vout低，所以二极管D反向截止。要使得开关关断过程中二极管一直有电流流过，那么这一过程必须保证电感能量不释放完，这就是后面讲述的连续模式（CCM）。
1.1.3
稳压控制 了解了电路的开关工作过程，也许你还有一个遗憾，它是怎么实现输出稳压的呢？ 我们可以认为每一个占空比就相当于输入电源向输出传递的一个能量包，占空比越宽，能量包越大。而开关电源通过负反馈机制来调整每一个周期的能量包大小，最终实现输出稳定的电压。比如由于负载原因，输出偏高后，电路的调整如图 1.4所示。由于负反馈的存在，使得PWM占空比减小，最终实现输出电压下降到设定值。反之，当输出电压偏低，负反馈会增大占空比，最终稳定输出电压。
图 1.4
输出偏高时负反馈 注意：开关电源一般完全由模拟器件实现的，它只能通过负反馈感知输出的偏高或偏低，然后得出调整PWM占空比的方向，但是它并不能精确计算出需要调整多少，所以当输出突然偏离设定值时，开关电源需要通过若干个开关周期调整，每个周期调整一点点，才能使输出电压重新回到设定值。简单地说，当负载突变时，输出变压会出现突然下掉或者上升，然后慢慢回到设定值，其波形是一条类似于指数函数曲线的弧线，而不是一条矩形波曲线。由于负载原因，电压突然下掉或上升的幅值和恢复的时间是电源的一项重要指标——动态负载特性。 | 
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发表于 2015-8-4 15:34:02
发表于 2015-8-6 09:38:47
