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开关电压boost模式分析

作者:佚名   来源:本站原创   点击数:  更新时间:2013年03月27日   【字体:

在平日的电路应用中会用到很多的开关电源电路及芯片。开关电源有3种模式分别为boost,buck及buck-boost模式。下面主要分析其中一种boost模式即升压模式的开关电源。

这里主要是分析原理,使用的大部分是升压型开关电源的电路模型,其中关于波形测量的硬件使用的是AS2015升压型开关电源。
1.boost模式的电路模型:
   图1
 2.开关电源switch端为开路时的工作状态,即放电回路:
   图2
 
3.开关电源switch端为短路时的工作状态,即充电回路:
   图3
 4.boost模式开关电源的工作过程:
   这里讲的是开关电源稳定工作过程的,在刚上电到稳定输出一定是有一个过程的,这个过程暂时不讨论。
   在充电回路中,由于开关接到地上,所以电流方向如图3,此时电源对电感充电,而电容里积攒了储存的电荷,对负载进行放电,维持负载的能源消耗。在放电回路中,开关断开,电感的产生的感应电压行成一个新的电压源,与原来的电源串联在一起,形成一个大于供电电压的电源一方面对负载放电维持负载的能源消耗,一方面对电容进行充电,直到把电容充满电容内部则不会再有电流的变化。
 5.boost模式下电感的工作状态:
   在开关端闭合的时候,电源对电感匀速充电即流过电感的电流匀速上升,则电感的感生电压也维持在一个固定值(即电流上升的斜率),公式如下图,其感生电压方向为图3所示左正右负,在开关断开的时候,电感对负载和电容进行匀速的放电,即电流匀速的下降,其电压也维持在一个固定的值(即电流下降的斜率),但是电压方向会改变,如图2所示为左负右正。
6.boost模式下二极管的工作状态:
  如图4所示,在电感的充电回路中,加入没有二极管,开关这一路的阻抗远小于负载端的阻抗,所有的电流都会从开关端直接流向大地。有了这个二极管,就防止了图中绿色箭头指示的电流形成,保证所有的能力输出全部到负载中去。
 图4
 7.boost模式下电容的工作状态:
   作用一,电容在电感充电的时候,它为负载提供电势;作用二,在开关开关的瞬间,电感会产生很大的反向电动势,这里电容可以吸收这些反向的电动势,保证输出电压的平稳。
8.正常的升压型开关电源输出的波形:
   图5是正常的boost模式开关电源的输出波形,可以看到在上升沿和下降沿都会有一定的振铃,这个振铃的形成有可能有两方面的原因,一个是因为开关电源的开关器件mos管导通和闭合是需要时间的;另外一个就是电路中的阻抗不匹配,造成了信号的反射。
图5
9.在实际应用过程中,有很多错误的电路:

   电路一:在充电回路中加入电阻;

                 充电回路中加入电阻,在不改变其他元件值的情况下,其输出电压一定会受到影响,因为在充电回路中加入电阻,则假设电感充满电后的电流就会比原来不加电阻的要小,

   电路二:二极管左端加入电阻

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