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BOOST电路原理简析 上图是一个异步BOOST电路拓扑图#xff0c;我们先来简单回忆一下它是如何工作的#xff1a; 1.Q闭合#xff0c;Vin为Rload供电#xff0c;Vin为L…上一篇文章我们介绍了BUCK电路中电感的计算与选型与BUCK类似这篇来介绍下BOOST
BOOST电路原理简析 上图是一个异步BOOST电路拓扑图我们先来简单回忆一下它是如何工作的 1.Q闭合Vin为Rload供电Vin为L和Cout充电同时为Rload供电 2.Q断开L和Cout放电与Vin一起为Rload供电
写出Q闭合与断开时L两端的电压再结合电感公式可以画出稳态下电感中电流随时间变化的图像进一步可以推导出秒平衡这些内容在之前一篇文章中已经详细写过不了解的读者可以先去看下那一篇文章https://blog.csdn.net/weixin_44634860/article/details/141941934
重要的电感公式和电容公式
电感公式 电容公式
电感电流值计算
BOOST稳态时L中电流随时间变化的图像 对于整个BOOST电路来说输入功率Pin输出功率Pout损耗功率Ploss P i n V i n ∗ I i n P o u t V o u t ∗ I o u t P l o s s V D ∗ I o u t \begin{matrix}PinVin*Iin \\PoutVout*Iout \\PlossV_{D}*Iout \end{matrix} PinVin∗IinPoutVout∗IoutPlossVD∗Iout 由于Vin给电流输入的电流Iin都会流过电感所以有 I L I i n I_{L}Iin ILIin 整理得 V i n ∗ I L V o u t ∗ I o u t V D ∗ I o u t ( V o u t V D ) ∗ I o u t Vin*I_{L}Vout*IoutV_{D}*Iout(VoutV_{D})*Iout Vin∗ILVout∗IoutVD∗Iout(VoutVD)∗Iout 由此得 I L ( V o u t V D ) ∗ I o u t V i n I_{L}\frac{(VoutV_{D})*Iout}{Vin} ILVin(VoutVD)∗Iout
流过电感的平均电流已经知道再计算出电感上的纹波电流Iripple即可求出电感L上流过的最大电流 一般DCDC输出电流纹波要求在输出电流的20%~40% 所以稳态时流过电感的总电流为 I L 总 I L I L × ( 0.2 ∼ 0.4 ) ( V o u t V D ) ∗ I o u t V i n × ( 1.2 ∼ 1.4 ) 异步 B O O S T 电感电流 I_{L总} I_{L} I_{L}\times \left ( 0.2\sim 0.4 \right )\frac{(VoutV_{D})*Iout}{Vin} \times \left ( 1.2\sim 1.4 \right )异步BOOST电感电流 IL总ILIL×(0.2∼0.4)Vin(VoutVD)∗Iout×(1.2∼1.4)异步BOOST电感电流
注意
使用同步BOOST时输出功率Pout效率η*输入功率Pin P i n V i n ∗ I i n P o u t V o u t ∗ I o u t \begin{matrix}PinVin*Iin \\PoutVout*Iout \end{matrix} PinVin∗IinPoutVout∗Iout 由于Vin给电流输入的电流Iin都会流过电感所以有 I L I i n I_{L}Iin ILIin 整理得 V i n ∗ I L ∗ η V o u t ∗ I o u t Vin*I_{L}*\eta Vout*Iout Vin∗IL∗ηVout∗Iout 由此得 I L V o u t ∗ I o u t V i n ∗ η I_{L}\frac{Vout*Iout}{Vin*\eta } ILVin∗ηVout∗Iout 流过电感的平均电流已经知道再计算出电感上的纹波电流Iripple即可求出电感L上流过的最大电流 一般DCDC输出电流纹波要求在输出电流的20%~40% 所以稳态时流过电感的总电流为 I L 总 I L I L × ( 0.2 ∼ 0.4 ) V o u t ∗ I o u t V i n ∗ η × ( 1.2 ∼ 1.4 ) 同步 B O O S T 电感电流 I_{L总} I_{L} I_{L}\times \left ( 0.2\sim 0.4 \right )\frac{Vout*Iout}{Vin*\eta } \times \left ( 1.2\sim 1.4 \right )同步BOOST电感电流 IL总ILIL×(0.2∼0.4)Vin∗ηVout∗Iout×(1.2∼1.4)同步BOOST电感电流
疑问与解答
为什么我们要计算流过电感的电流值呢求出后应该如何对电感的电流值进行选型呢 因为电感一些关于电流的参数饱和电流温升电流额定电流 电感流过的电流值大于饱和电流时电感进入磁饱和状态电感量下降甚至失去电感特性从而导致电路出现问题大于温升电流时电感器发热更严重温升也会加快甚至可能会烧毁电感 一般情况下会取饱和电流和温升电流中最小值的80%来作为额定电流即 I L 额定 0.8 × M A X { I L 饱和 I L 温升 } I_{L额定}0.8\times MAX\left \{ I_{L饱和} I_{L温升} \right \} IL额定0.8×MAX{IL饱和IL温升} 我们所选择电感的额定电流需要大于BOOST电路稳定时流过电感电流量的1.3倍即 I L 额定 I L 总 × 1.3 I_{L额定} I_{L总} \times 1.3 IL额定IL总×1.3
电感感值计算
同时根据电感公式可知 I r i p p l r T o n × V i n L T o f f × V o u t − V i n V D L I r i p p l r ( 0.2 ∼ 0.4 ) × I L \begin{matrix}Iripplr\frac{Ton\times Vin}{L} \frac{Toff\times Vout-VinV_{D} }{L} \\Iripplr\left ( 0.2\sim 0.4 \right ) \times I_{L} \end{matrix} IripplrLTon×VinLToff×Vout−VinVDIripplr(0.2∼0.4)×IL 化简可得 L ( V o u t − V i n V D ) × V i n × V i n ( 0.2 ∼ 0.4 ) × I o u t × f × ( V o u t V D ) × ( V o u t V D ) 异步 B O O S T 电感感值 L\frac{\left ( Vout-VinV_{D} \right ) \times Vin\times Vin}{\left ( 0.2\sim 0.4 \right )\times Iout\times f\times (VoutV_{D})\times (VoutV_{D})} 异步BOOST电感感值 L(0.2∼0.4)×Iout×f×(VoutVD)×(VoutVD)(Vout−VinVD)×Vin×Vin异步BOOST电感感值 L ( V o u t − V i n ) × V i n × V i n × η ( 0.2 ∼ 0.4 ) × I o u t × f × V o u t × V o u t 同步 B O O S T 电感感值此处计算时注意纹波电流中的 V D 0 L\frac{\left ( Vout-Vin\right ) \times Vin\times Vin\times \eta }{\left ( 0.2\sim 0.4 \right )\times Iout\times f\times Vout\times Vout}同步BOOST电感感值此处计算时注意纹波电流中的V_{D}0 L(0.2∼0.4)×Iout×f×Vout×Vout(Vout−Vin)×Vin×Vin×η同步BOOST电感感值此处计算时注意纹波电流中的VD0 其中Ton与Toff的值同样在之前的文章中有详细计算过程不再赘述 由上述式子可以计算出一个电感感值的范围在这个感值范围的电感可以使得输出电流的纹波在20%~40%这个区间内
疑问与解答
为什么计算出电感感量在一个范围内选择电感值足够大的电感使得输出纹波小于20%会有什么问题么 所选电感感值过大时输出纹波较小电路动态响应较差环路稳定性较好 所选电感感值过小时输出纹波较大电路动态响应较好环路稳定性较差 为了平衡BOOST电路这几个性能我们一般会选择输出电流纹波在输出电流的20%~40%
总结
我们在设计BOOST电路时首先要根据需求计算出电流值与电感值然后再跟待选电感的参数进行比对二者都符合要求才能进行选择挑选出多个符合要求的电感后再根据价格封装等其他因素综合考虑进行选型最终以实测结果为主。
