小雪 吃什么:转:(LCD背光)升压电路中肖特基二极管和电感的作用

boost升压电路原理

　　

　　boost升压电路,开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。

　　基本电路图见图一。

　　

　　假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。

　　下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路

　　充电过程

　　在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

　　

　　放电过程

　　如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。

　　

　　说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。

　　如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。

　　如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

　　

　　一些补充1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上).

　　1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大).

　　2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十.

　　3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联.......

　　4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付.

　　5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了.

　　以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证.

　　开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。

　　具体计算

　　已知参数：

　　输入电压：12V --- Vi

　　输出电压：18V ---Vo

　　输出电流：1A --- Io

　　输出纹波：36mV --- Vpp

　　工作频率：100KHz --- f

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　　1：占空比

　　稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有

　　don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572

　　2：电感量

　　先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量

　　其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io)，参数带入，Lx=38.5uH,

　　deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A

　　当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显，

　　当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小，由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH，

　　deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A，

　　I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI，

　　参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A

　　3：输出电容：

　　此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略

　　C=Io*don/(f*Vpp),参数带入，

　　C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联

　　4：磁环及线径：

　　查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环

　　Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A

　　按此电流有效值及工作频率选择线径

　　其他参数：

　　电感：L 占空比：don

　　初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms

　　输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd BOOST升压电路中：

　　电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成；

　　肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端！！

　　电感升压原理：

　　什么是电感型升压DC/DC转换器？

　　如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路，闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。

　　决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么？

　　在图2所示的实际电路中，带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关，MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定，占空比为50%时，输出电压为输入电压的两倍。将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍，对实际的有损耗电路，输入电流还要稍高。

　　电感值如何影响电感型升压转换器的性能？

　　因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流，所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。等效串联电阻值低的电感，其功率转换效率最佳。要对电感饱和电流额定值进行选择，使其大于电路的稳态电感电流峰值。

　　电感型升压转换器IC电路输出二极管选择的原则是什么？

　　升压转换器要选快速肖特基整流二极管。与普通二极管相比，肖特基二极管正向压降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压。

　　

　　怎样选择电感型升压转换器IC电路的输入电容？

　　升压调节器的输入为三角形电压波形，因此要求输入电容必须减小输入纹波和噪声。纹波的幅度与输入电容值的大小成反比，也就是说，电容容量越大，纹波越小。如果转换器负载变化很小，并且输出电流小，使用小容量输入电容也很安全。如果转换器输入与源输出相差很小，也可选小体积电容。如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小，就可能需要大容量电容，并(或)减小等效串联电阻(ESR)。

　　在电感型升压转换器IC电路中，选择输出电容时要考虑哪些因素？

　　输出电容的选择决定于输出电压纹波。在大多数场合，要使用低ESR电容，如陶瓷和聚合物电解电容。如果使用高ESR电容，就需要仔细查看转换器频率补偿，并且在输出电路端可能需要加一额外电容。

　　

　　进行电感型升压转换器IC电路布局时需要考虑哪些因素？

　　首先输入电容应尽可能靠近IC，这样可以减小影响IC输入电压纹波的铜迹线电阻。其次，将输出电容置于IC附近。连接输出电容的铜迹线长会影响输出电压纹波。第三点是，尽量减小连接电感和输出二极管的迹线长度，减小功耗并提高效率。最后一点是，输出反馈电阻远离电感可以将噪声影响降至最小。

　　电感型升压转换器应用在哪些场合？

　　电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电，该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LCD)面板提供背光。在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。