BOOST电路设计与工作原理讲解

一、基本工作原理

当开关SW1闭合时，电流从电源VIN流出，路径为：VIN→L1→SW1→GND。此时电感储存磁能（电流逐渐增大），而电容C2向负载供电（维持VOUT电压）。

当SW1关断时，电感中的电流无法突变，为维持电流大小，电感两端会产生一个感应电动势（极性为左负右正）。电感电压与电源电压串联叠加，通过二极管D1向电容C2充电，同时为负载供电。此时VOUT电压被抬升至高于VIN。

当SW1再次闭合时，二极管D1因反向偏置而截止，阻止电容C2通过SW1放电。电容C2只能通过负载以RC时间常数确定的速率，从而保持输出电压VOUT的稳定性。通过调节开关管的占空比（导通时间与周期的比例），电感不断储能—释能，电容持续充放电，最终在输出端获得稳定的升压效果（VOUT > VIN）。

二、电路设计关键参数

1. 电感的选择与计算

在BOOST升压电路中，电感器的选择对电路工作模式、输出电压稳定性及效率至关重要，需重点考量电感值与饱和电流：电感值大小决定电流变化速率，若过高会延长启动时间，过低则可能使开关元件关闭时电流迅速降为零而进入断续导通模式（DCM）；电感的饱和电流必须大于电路正常工作时的最大电流（包含稳态峰值电流与瞬态尖峰电流），以防饱和导致电感性能衰退、引发过流等故障。

电感值的计算通常依据以下公式（∆IL是电感电流变化量），实际取值应比理论值大30%~50%以留足设计余量：

2. 输出滤波的选择与计算

输出滤波器对于滤除开关噪声及维持输出电压稳定性起着关键作用，典型的输出滤波器由输出电容器和感测电阻构成，其主要参数选择要点如下：

• 输出电容器容量需依据所需纹波电压确定最小容量，以通过足够的充放电能力抑制电压波动；

• 等效串联电阻越低，滤波效果越优且电容器寿命越长，可有效减少纹波电压中的高频分量；

• 感测电阻值需尽可能小，以在实现输出电流精确测量的同时降低功率损耗，平衡测量精度与能量效率。

输出电容器的计算公式为（∆VOUT是输出电压的允许纹波），实际取值应比理论值大30%~50%以留足设计余量：

三、工作模式

根据电感电流是否连续，BOOST电路可分为以下三种工作模式：

1. CCM连续导通模式

其工作特点是：电感电流在整个开关周期内始终大于零，适用于较大负载电流场景，具有较高的效率。

其工作过程为：开关导通时，二极管反向偏置截止，输入电源对电感充电，电感电流线性增加，负载由输出电容供电；开关关断时，电感通过二极管向负载和电容放电，电感电流线性减小但保持正值，同时为输出电容充电，其电压转换关系为Vout = Vin/(1-D)（D为占空比，取值范围0

其需要满足的条件是：

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2. BCM临界导通模式

由于电感电流在开关管导通前已降为零，因此可实现零电流开关（ZCS），有效降低开关损耗，在提升电路效率与可靠性方面具有一定优势。

其需要满足的条件是：

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3. DCM断续导通模式

其工作特点是：电感电流在每个开关周期内会降为零，适用于轻载或小电流情况，且控制特性非线性较强。

其工作过程为：开关导通阶段与CCM模式相同，输入电源对电感充电使电感电流线性上升，负载由输出电容供电；开关关断阶段，电感通过二极管向负载和电容放电，电感电流线性下降至零，随后二极管截止，负载完全由输出电容供电；在电流为零阶段，电感电流保持为零直至下一个周期开始。该模式在轻载时可避免CCM模式可能出现的效率下降问题，但非线性控制特性对电路设计精度要求更高。

其需要满足的条件是：

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