Boost变换器原理及模式分析

Boost变换器的组成和工作原理
Boost变换器的组成如图1所示。当Boost变换器的开关S导通时，二极管因承受反向电压而关断，其等效电路如图2a所示。电流i_L流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时，电容C放电，仅由电容向负载RL供电，负载上流过电流I_O。
当开关S关断时，其等效电路如图2b所示，由于电感L中的电流i_L不能突变，强迫二极管VD导通续流，这样电感L与电源Vs同时向电容C、负载R_L供电。当电感电流高于Io时，电容被充电并同时向负载提供电能；而当电感电流小于Io时，电感和电容同时向负载RL放电，维持Vo不变。
在此只是简单说明一下Boost变换器的工作过程，实际上，在开关S关断期间，其能量传输过程要复杂得多，后面将进行深入分析。
Boost变换器工作于CCM和DCM时的主要关系式及其临界电感
根据流过电感的最小电流是否为零（即电感电流在S关断期间是否出现断续）也可将Boost交换器划分为两种模式：连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)。对于给定的开关频率、负载电阻及输入和输出电压，Boost变换器存在一临界电感Lc，当L>Lc时，变换器处于CCM：而当L<Lc时，变换器处于DCM。下面将分析两种工作模式的主要工作过程，并经推导得出Boost变换器CCM和DCM的临界电感。
1．CCM的工作波形及基本关系式
Boost变换器工作于CCM时的电感电流i_L和电感电压v_L的波形如图3所示。可看出，开关S导通期间，输人电压Vi加在电感L两端，电感上的电流从最小值I_LV开始线性增加，到t1时刻增加到最大值I_LP，电感储存能量；开关S关断期间，电感和输入电源串联同时给负载供电，电感上的电流线性减小，到t2时刻下降到最小值I_LV。CCM时，在开关C关断期间，二极管VD一直导通。 根据伏秒平衡可得VidT=(Vo-Vi)(1-d)T，则输出与输入电压之间关系为 由上式可看出，由于d<1，可得Vo>Vi，即Boost变换器输出电压总是大于输入电压，因此，Boost变换器又称升压变换器(Step Up Converter)。
输出电流与输入电流之间的关系；如果忽略电路中的损耗，则有Pi=Po即 则输入电流与输出电流之问关系为 峰值电感电流I_LP为 2．DCM的工作波形及基本关系式
当电感较小或负载电阻较大或Ts较大时，Boost变换器容易处于DCM。DCM时，Boost变换器的电感电压v_L和电流i_L波形如图4所示。开关S导通期间，输入电压Vi加在电感L两端，电感上的电流从0开始线性增加，到t1时刻增加到最大值ILP，电感储存能量；开关S关断期间，电感释放能量，电感上的电流线性减小，到t2时刻下降到零，直到t3时刻，下一个开通周期到来。 特别要说明的是，DCM时，在开关S关断期间，二极管VD仅在t1~t2期间导通。
DCM时，输出与输入电压之间的关系为 输入电流与输出电流关系 电感的峰值电感 3．CCM和DCM的临界电感
当Boost变换器进人稳定状态且工作于连续与断续的临界状态时，在每个开关周期的开始和结束时刻，电感电流正好为零，则变换器处于临界状态时的电感电流波形如图5所示。 Boost变换器的临界电感Lc为