boost电路,Boost电路开关管的电压尖峰是怎么来的
来源:整理 编辑:智能门户 2023-08-17 23:50:17
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1,Boost电路开关管的电压尖峰是怎么来的
开关管关断的时候,电感线圈的电流不能突变,产生瞬时高压形成电压尖峰,但很快被电容吸收。
2,boost升压电路的介绍
the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以使输出电压比输入电压高。
3,不稳定的上升很慢的Boost电路
Multisim 元件BUG~~~~~~! 你可以换其他元件试试~~~ 经常遇到3~5V供电,运放能输出1000V以上的。。。。。。。。
4,在设计BOOST升压电路中连续与不连续的区别在哪里
连续与不连续主要是看boost电感电流!如果一直>0,连续,CCM;如果有一段时间=0,不连续,DCM;临界状态,为BCMoost升压电路中占空比d=(vo-vi)/vo,vo是输出电压,vi是输入电压。从公式上看,你能把10v电压升到10000v或任意倍数的电压。在工程上,占空比一般不超过0.9,所以工程的极限在10倍左右。没有比boost更成熟的升压方案了,如果需要输出电压输入电压比更高,可以接多级的boost升压。连续指电感的电流不会减到0,就是一个有直流电流分量的脉动电流;不连续的是每个周期,电流都会减到0,可以看做没有直流分量。连续与不连续的状态与电路的设计参数有关,不如输出电流变小,可能会从连续状态降到不连续状态;电感量较小,也有可能一直都会工作在不连续状态。
5,boost电路
摘要:提出了一种Boost电路软开关实现方法,即同步整流加上电感电流反向。根据两个开关管实现软开关的条件不同,提出了强管和弱管的概念,给出了满足软开关条件的设计方法。一个24V输入,40V/2.5A输出,开关频率为200kHz的同步Boost变换器样机进一步验证了上述方法的正确性,其满载效率达到了96.9% 关键词:升压电路;软开关;同步整流 引言 轻小化是目前电源产品追求的目标。而提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积。但是,开关频率提高的瓶颈是器件的开关损耗,于是软开关技术就应运而生。一般,要实现比较理想的软开关效果,都需要有一个或一个以上的辅助开关为主开关创造软开关的条件,同时希望辅助开关本身也能实现软开关。 Boost电路作为一种最基本的DC/DC拓扑而广泛应用于各种电源产品中。由于Boost电路只包含一个开关,所以,要实现软开关往往要附加很多有源或无源的额外电路,增加了变换器的成本,降低了变换器的可靠性。 Boost电路除了有一个开关管外还有一个二极管。在较低压输出的场合,本身就希望用一个MOSFET来替换二极管(同步整流),从而获得比较高的效率。如果能利用这个同步开关作为主开关的辅助管,来创造软开关条件,同时本身又能实现软开关,那将是一个比较好的方案。 本文提出了一种Boost电路实现软开关的方法。该方案适用于输出电压较低的场合。 1 工作原理 图1所示的是具有两个开关管的同步Boost电路。其两个开关互补导通,中间有一定的死区防止共态导通,如图2所示。通常设计中电感上的电流为一个方向,如图2第5个波形所示。考虑到开关的结电容以及死区时间,一个周期可以分为5个阶段,各个阶段的等效电路如图3所示。下面简单描述了电感电流不改变方向的同步Boost电路的工作原理。在这种设计下,S2可以实现软开关,但是S1只能工作在硬开关状态。 1)阶段1〔t0~t1〕该阶段,S1导通,L上承受输入电压,L上的电流线性增加。在t1时刻,S1关断,该阶段结束。 2)阶段2〔t1~t2〕S1关断后,电感电流对S1的结电容进行充电,使S2的结电容进行放电,S2的漏源电压可以近似认为线性下降,直到下降到零,该阶段结束。 3)阶段3〔t2~t3〕当S2的漏源电压下降到零之后,S2的寄生二极管就导通,将S2的漏源电压箝在零电压状态,也就是为S2的零电压导通创造了条件。 4)阶段4〔t3~t4〕S2的门极变为高电平,S2零电压开通。电感L上的电流又流过S2。L上承受输出电压和输入电压之差,电流线性减小,直到S2关断,该阶段结束。 5)阶段5〔t4~t5〕此时电感L上的电流方向仍然为正,所以该电流只能转移到S2的寄生二极管上,而无法对S1的结电容进行放电。因此,S1是工作在硬开关状态的。 接着S1导通,进入下一个周期。从以上的分析可以看到,S2实现了软开关,但是S1并没有实现软开关。其原因是S2关断后,电感上的电流方向是正的,无法使S1的结电容进行放电。但是,如果将L设计得足够小,让电感电流在S2关断时为负的,如图4所示,就可以对S1的结电容进行放电而实现S1的软开关了。 在这种情况下,一个周期可以分为6个阶段,各个阶段的等效电路如图5所示。其工作原理描述如下。 1)阶段1〔t0~t1〕该阶段,S1导通,L上承受输入电压,L上的电流正向线性增加,从负值变为正值。在t1时刻,S1关断,该阶段结束。 2)阶段2〔t1~t2〕S1关断后,电感电流为正,对S1的结电容进行充电,使S2的结电容放电,S2的漏源电压可以近似认为线性下降。直到S2的漏源电压下降到零,该阶段结束。 3)阶段3〔t2~t3〕当S2的漏源电压下降到零之后,S2的寄生二极管就导通,将S2的漏源电压箝在零电压状态,也就是为S2的零电压导通创造了条件。 4)阶段4〔t3~t4〕S2的门极变为高电平,S2零电压开通。电感L上的电流又流过S2。L上承受输出电压和输入电压之差,电流线性?小,直到变为负值,然后S2关断,该阶段结束。 5)阶段5〔t4~t5〕此时电感L上的电流方向为负,正好可以使S1的结电容进行放电,对S2的结电容进行充电。S1的漏源电压可以近似认为线性下降。直到S1的漏源电压下降到零,该阶段结束。 6)阶段6〔t5~t6〕当S1的漏源电压下降到零之后,S1的寄生二极管就导通,将S1的漏源电压箝在零电压状态,也就是为S1的零电压导通创造了条件。 接着S1在零电压条件下导通,进入下一个周期。可以看到,在这种方案下,两个开关S1和S2都可以实现软开关。 2 软开关的参数设计 以上用同步整流加电感电流反向的办法来实现Boost电路的软开关,其中两个开关实现软开关的难易程度并不相同。电感电流的峰峰值可以表示为 ΔI=(VinDT)/L (1) 式中:D为占空比; T为开关周期。 所以,电感上电流的最大值和最小值可以表示为 Imax=ΔI/2+Io (2) Imin=ΔI/2-Io (3) 式中:Io为输出电流。 将式(1)代入式(2)和式(3)可得 Imax=(VinDT)/2L+Io (4) Imin=(VinDT)/2L-Io (5) 从上面的原理分析中可以看到S1的软开关条件是由Imin对S2的结电容充电,使S1的结电容放电实现的;而S2的软开关条件是由Imax对S1的结电容充电,使S2的结电容放电实现的。另外,通常满载情况下|Imax| |Imin|。所以,S1和S2的软开关实现难易程度也不同,S1要比S2难得多。这里将S1称为弱管,S2称为强管。 强管S2的软开关极限条件为L和S1的结电容C1和S2的结电容C2谐振,能让C2上电压谐振到零的条件,可表示为式(6)。 将式(4)代入式(6)可得 实际上,式(7)非常容易满足,而死区时间也不可能非常大,因此,可以近似认为在死区时间内电感L上的电流保持不变,即为一个恒流源在对S2的结电容充电,使S1的结电容放电。在这种情况下的ZVS条件称为宽裕条件,表达式为式(8)。 (C2+C1)Vo≤(VinDT/2L+Io)tdead2 (8) 式中:tdead2为S2开通前的死区时间。 同理,弱管S1的软开关宽裕条件为 (C1+C2)Vo≤(VinDT/2L-Io)tdead1 (9) 式中:tdead1为S1开通前的死区时间。 在实际电路的设计中,强管的软开关条件非常容易实现,所以,关键是设计弱管的软开关条件。首先确定可以承受的最大死区时间,然后根据式(9)推算出电感量L。因为,在能实现软开关的前提下,L不宜太小,以免造成开关管上过大的电流有效值,从而使得开关的导通损耗过大。 3 实验结果 一个开关频率为200kHz,功率为100W的电感电流反向的同步Boost变换器进一步验证了上述软开关实现方法的正确性。 该变换器的规格和主要参数如下: 输入电压Vin24V 输出电压Vo40V 输出电流Io0~2.5A 工作频率f200kHz 主开关S1及S2IRFZ44 电感L4.5μH 图6(a),图6(b)及图6(c)是满载(2.5A)时的实验波形。从图6(a)可以看到电感L上的电流在DT或(1-D)T时段里都会反向,也就是创造了S1软开关的条件。从图6(b)及图6(c)可以看到两个开关S1和S2都实现了ZVS。但是从电压vds的下降斜率来看S1比S2的ZVS条件要差,这就是强管和弱管的差异。 图7给出了该变换器在不同负载电流下的转换效率。最高效率达到了97.1%,满载效率为96.9%。 4 结语 本文提出了一种Boost电路软开关实现策略:同步整流加电感电流反向。在该方案下,两个开关管根据软开关条件的不同,分为强管和弱管。设计中要根据弱管的临界软开关条件来决定电感L的大小。因为实现了软开关,开关频率可以设计得比较高。电感量可以设计得很小,所需的电感体积也可以比较小(通常可以用I型磁芯)。因此,这种方案适用于高功率密度、较低输出电压的场合。麻烦采纳,谢谢!
6,BOOST电路为什么要工作在电流连续状态
电流不连续状态下的boost电路的工作效率较高,但是对电路尤其是开关管冲击较大,一般用于小功率情况下,大功率下一般采用电流连续模式。摘要:提出了一种boost电路软开关实现方法,即同步整流加上电感电流反向。根据两个开关管实现软开关的条件不同,提出了强管和弱管的概念,给出了满足软开关条件的设计方法。一个24v输入,40v/2.5a输出,开关频率为200khz的同步boost变换器样机进一步验证了上述方法的正确性,其满载效率达到了96.9% 关键词:升压电路;软开关;同步整流 引言 轻小化是目前电源产品追求的目标。而提高开关频率可以减小电感、电容等元件的体积。但是,开关频率提高的瓶颈是器件的开关损耗,于是软开关技术就应运而生。一般,要实现比较理想的软开关效果,都需要有一个或一个以上的辅助开关为主开关创造软开关的条件,同时希望辅助开关本身也能实现软开关。 boost电路作为一种最基本的dc/dc拓扑而广泛应用于各种电源产品中。由于boost电路只包含一个开关,所以,要实现软开关往往要附加很多有源或无源的额外电路,增加了变换器的成本,降低了变换器的可靠性。 boost电路除了有一个开关管外还有一个二极管。在较低压输出的场合,本身就希望用一个mosfet来替换二极管(同步整流),从而获得比较高的效率。如果能利用这个同步开关作为主开关的辅助管,来创造软开关条件,同时本身又能实现软开关,那将是一个比较好的方案。 本文提出了一种boost电路实现软开关的方法。该方案适用于输出电压较低的场合。 1 工作原理 图1所示的是具有两个开关管的同步boost电路。其两个开关互补导通,中间有一定的死区防止共态导通,如图2所示。通常设计中电感上的电流为一个方向,如图2第5个波形所示。考虑到开关的结电容以及死区时间,一个周期可以分为5个阶段,各个阶段的等效电路如图3所示。下面简单描述了电感电流不改变方向的同步boost电路的工作原理。在这种设计下,s2可以实现软开关,但是s1只能工作在硬开关状态。 1)阶段1〔t0~t1〕该阶段,s1导通,l上承受输入电压,l上的电流线性增加。在t1时刻,s1关断,该阶段结束。 2)阶段2〔t1~t2〕s1关断后,电感电流对s1的结电容进行充电,使s2的结电容进行放电,s2的漏源电压可以近似认为线性下降,直到下降到零,该阶段结束。 3)阶段3〔t2~t3〕当s2的漏源电压下降到零之后,s2的寄生二极管就导通,将s2的漏源电压箝在零电压状态,也就是为s2的零电压导通创造了条件。 4)阶段4〔t3~t4〕s2的门极变为高电平,s2零电压开通。电感l上的电流又流过s2。l上承受输出电压和输入电压之差,电流线性减小,直到s2关断,该阶段结束。 5)阶段5〔t4~t5〕此时电感l上的电流方向仍然为正,所以该电流只能转移到s2的寄生二极管上,而无法对s1的结电容进行放电。因此,s1是工作在硬开关状态的。 接着s1导通,进入下一个周期。从以上的分析可以看到,s2实现了软开关,但是s1并没有实现软开关。其原因是s2关断后,电感上的电流方向是正的,无法使s1的结电容进行放电。但是,如果将l设计得足够小,让电感电流在s2关断时为负的,如图4所示,就可以对s1的结电容进行放电而实现s1的软开关了。 在这种情况下,一个周期可以分为6个阶段,各个阶段的等效电路如图5所示。其工作原理描述如下。 1)阶段1〔t0~t1〕该阶段,s1导通,l上承受输入电压,l上的电流正向线性增加,从负值变为正值。在t1时刻,s1关断,该阶段结束。 2)阶段2〔t1~t2〕s1关断后,电感电流为正,对s1的结电容进行充电,使s2的结电容放电,s2的漏源电压可以近似认为线性下降。直到s2的漏源电压下降到零,该阶段结束。 3)阶段3〔t2~t3〕当s2的漏源电压下降到零之后,s2的寄生二极管就导通,将s2的漏源电压箝在零电压状态,也就是为s2的零电压导通创造了条件。 4)阶段4〔t3~t4〕s2的门极变为高电平,s2零电压开通。电感l上的电流又流过s2。l上承受输出电压和输入电压之差,电流线性?小,直到变为负值,然后s2关断,该阶段结束。 5)阶段5〔t4~t5〕此时电感l上的电流方向为负,正好可以使s1的结电容进行放电,对s2的结电容进行充电。s1的漏源电压可以近似认为线性下降。直到s1的漏源电压下降到零,该阶段结束。 6)阶段6〔t5~t6〕当s1的漏源电压下降到零之后,s1的寄生二极管就导通,将s1的漏源电压箝在零电压状态,也就是为s1的零电压导通创造了条件。 接着s1在零电压条件下导通,进入下一个周期。可以看到,在这种方案下,两个开关s1和s2都可以实现软开关。 2 软开关的参数设计 以上用同步整流加电感电流反向的办法来实现boost电路的软开关,其中两个开关实现软开关的难易程度并不相同。电感电流的峰峰值可以表示为 δi=(vindt)/l (1) 式中:d为占空比; t为开关周期。 所以,电感上电流的最大值和最小值可以表示为 imax=δi/2+io (2) imin=δi/2-io (3) 式中:io为输出电流。 将式(1)代入式(2)和式(3)可得 imax=(vindt)/2l+io (4) imin=(vindt)/2l-io (5) 从上面的原理分析中可以看到s1的软开关条件是由imin对s2的结电容充电,使s1的结电容放电实现的;而s2的软开关条件是由imax对s1的结电容充电,使s2的结电容放电实现的。另外,通常满载情况下|imax||imin|。所以,s1和s2的软开关实现难易程度也不同,s1要比s2难得多。这里将s1称为弱管,s2称为强管。 强管s2的软开关极限条件为l和s1的结电容c1和s2的结电容c2谐振,能让c2上电压谐振到零的条件,可表示为式(6)。 将式(4)代入式(6)可得 实际上,式(7)非常容易满足,而死区时间也不可能非常大,因此,可以近似认为在死区时间内电感l上的电流保持不变,即为一个恒流源在对s2的结电容充电,使s1的结电容放电。在这种情况下的zvs条件称为宽裕条件,表达式为式(8)。 (c2+c1)vo≤(vindt/2l+io)tdead2 (8) 式中:tdead2为s2开通前的死区时间。 同理,弱管s1的软开关宽裕条件为 (c1+c2)vo≤(vindt/2l-io)tdead1 (9) 式中:tdead1为s1开通前的死区时间。 在实际电路的设计中,强管的软开关条件非常容易实现,所以,关键是设计弱管的软开关条件。首先确定可以承受的最大死区时间,然后根据式(9)推算出电感量l。因为,在能实现软开关的前提下,l不宜太小,以免造成开关管上过大的电流有效值,从而使得开关的导通损耗过大。 3 实验结果 一个开关频率为200khz,功率为100w的电感电流反向的同步boost变换器进一步验证了上述软开关实现方法的正确性。 该变换器的规格和主要参数如下: 输入电压vin24v 输出电压vo40v 输出电流io0~2.5a 工作频率f200khz 主开关s1及s2irfz44 电感l4.5μh 图6(a),图6(b)及图6(c)是满载(2.5a)时的实验波形。从图6(a)可以看到电感l上的电流在dt或(1-d)t时段里都会反向,也就是创造了s1软开关的条件。从图6(b)及图6(c)可以看到两个开关s1和s2都实现了zvs。但是从电压vds的下降斜率来看s1比s2的zvs条件要差,这就是强管和弱管的差异。 图7给出了该变换器在不同负载电流下的转换效率。最高效率达到了97.1%,满载效率为96.9%。 4 结语 本文提出了一种boost电路软开关实现策略:同步整流加电感电流反向。在该方案下,两个开关管根据软开关条件的不同,分为强管和弱管。设计中要根据弱管的临界软开关条件来决定电感l的大小。因为实现了软开关,开关频率可以设计得比较高。电感量可以设计得很小,所需的电感体积也可以比较小(通常可以用i型磁芯)。因此,这种方案适用于高功率密度、较低输出电压的场合。
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