一种非常实用的Boost升压电路原理详解资料.pdf
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1、一种实用的 BOOST 电路 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计,对于较大的功率输出,如70W 以上的 DC DC 升压电路,由于专用升压芯片内部开关管的限制,难于做到大功率升压变换,而且芯 片的价格昂贵,在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost 升压结构外接开关管选择余地 很大,选择合适的控制芯片,便可设计出大功率输出的DC DC 升压电路。 UC3S42 是一种电流型脉宽调制电源芯片,价格低廉,广泛应用于电子信息设备的电源 电路设计,常用作隔离回扫式开关电源的控制电路,根据UC3842 的功能特点,结合Boos t 拓扑结构,完全可设计成电流型控制的升压DC DC 电路,且
2、外接元器件少,控制灵活, 成本低,输出功率容易做到100W 以上,具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842 芯片的特点 UC3842 工作电压为1630V ,工作电流约15mA 。芯片内有一个频率可设置的振荡器; 一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构,特别适用于MoSFET 的驱动;一个固定温 度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器; 具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐 个脉冲限流控制的PWM 比较器,最大占空比可达100 。另外,具有内部保护功能,如滞 后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由 UC3842 设计的 DC DC 升压电路属于电流型控制,电路中直接用误差信
3、号控制电感 峰值电流,然后间接地控制PWM 脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是: 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化,电感电流自动调整而不需要误差放大器输 出变化,改善了瞬态电压调整率; 2)电流型控制检测电感电流和开关电流,并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比 较,控制 PWM 脉宽,由于电感电流随误差信号的变化而变化,从而更容易设置控制环路, 改善了线性调整率; 3)简化了限流电路,在保证电源工作可靠性的同时,电流限制使电感和开关管更有效地 工作; 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿,因为,平均电感电流大小是决定 输出大小的因素, 在占空比不同的情况下,峰值电
4、感电流的变化不能与平均电感电流变化相 对应,特别是占空比,50的不稳定性,存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差,即 使占空比 50,也可能发生高频次谐波振荡,因而需要斜坡补偿,使峰值电感电流与平均 电感电流变化相一致,但是,同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。 2 Boost电路结构及特性分析 2.1 由 UC3842 作为控制的Boost电路结构 由 UC3842 控制的 Boost 拓扑结构及电路分别如图1 和图 2 所示。 图 2 中输入电压Vi=1620V ,既供给芯片,又供给升压变换。开关管以UC3842 设定的 频率周期开闭, 使电感 L 储存能量并释放能量。当开关管导通
5、时, 电感以 ViL 的速度充电, 把能量储存在L 中。当开关截止时, L 产生反向感应电压,通过二极管D 把储存的电能以(V o-Vi) L 的速度释放到输出电容器C2 中。输出电压由传递的能量多少来控制,而传递能量 的多少通过电感电流的峰值来控制。 整个稳压过程由二个闭环来控制,即 闭环 1 输出电压通过取样后反馈给误差放大器,用于同放大器内部的2.5V 基准电压比 较后产生误差电压,误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。 闭环 2 Rs 为开关管源极到公共端间的电流检测电阻,开关管导通期间流经电感L 的电 流在 Rs 上产生的电压送至PwM 比较器同相输入端,与误差电压进行比较
6、后控制调制脉冲 的脉宽,从而保持稳定的输出电压。误差信号实际控制着峰值电感电流。 2.2 Boost升压结构特性分析 Boost 升压电路,可以工作在电流断续工作模式(DCM) 和电流连续工作模式(CCM) 。CC M 工作模式适合大功率输出电路,考虑到负载达到lO以上时, 电感电流需保持连续状态, 因此,按 CCM 工作模式来进行特性分析。 Boost 拓扑结构升压电路基本波形如图3 所示。 ton 时,开关管S 为导通状态,二极管D 处于截止状态,流经电感L 和开关管的电流逐 渐增大,电感L 两端的电压为Vi,考虑到开关管S 漏极对公共端的导通压降Vs,即为 Vi- Vs。ton 时通过
7、L 的电流增加部分ILon 满足式 (1) 。 式中: Vs 为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs 上的压降之和,约0.60.9V 。 toff 时,开关管S 截止,二极管D 处于导通状态,储存在电感L 中的能量提供给输出, 流经电感 L 和二极管D 的电流处于减少状态,设二极管D 的正向电压为Vf,toff 时,电感 L 两端的电压为Vo+Vf-Vi ,电流的减少部分ILoff 满足式 (2)。 式中: Vf 为整流二极管正向压降,快恢复二极管约0.8V ,肖特基二极管约0.5V 。 在电路稳定状态下,即从电流连续后到最大输出时,ILon= ILoFf ,由式 (1)和(2)可得 如果忽略
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