Boost升压电路是一种常见的开关稳压电源，其主要功能是将较低的输入电压转换为较高的输出电压。该电路在许多电子设备中得到了广泛应用，特别是在需要稳定且较高电压的场景中。

一、Boost电路的基本原理

Boost电路是一种DC-DC升压转换器，通过控制开关管的通断，将输入电压升高至更高的输出电压。其核心原理为电感储能与释放，结合二极管和电容的续流滤波功能。

详解--电压之所以能在Boost电路中升高，是因为电感在开关断开期间产生的感应电动势与输入电压叠加，从而导致输出电压高于输入电压。通过调节开关的占空比，可以控制输出电压的大小。这种电压升高的机制是基于电感的能量存储和释放特性，以及开关器件对电流路径的精确控制。

核心元件：

电感：储能元件，开关导通时储存能量，关断时释放能量。
开关管（MOSFET）：控制电流通断，调节占空比。
二极管：防止反向电流，开关关断时形成续流回路。
输出电容：滤波，减小输出电压纹波。

工作过程：

导通阶段（充电过程）：当开关导通时，电流从输入电源流经电感到达开关，并最终回到电源负极。此时，电感开始储存能量，而由于二极管反向偏置，电流不会流向负载。同时，输出滤波电容为负载提供所需的电流。

断开阶段（放电过程）：当开关断开时，电感中的电流不能瞬间停止，根据楞次定律，电感会产生一个与原电流方向相同的感应电动势以抵抗电流的变化。这个感应电动势会使二极管正向偏置，允许电感中的电流继续流动，通过二极管给输出滤波电容充电并为负载供电。

输出电压：

输出电压的大小取决于输入电压和开关的占空比（D）。理想情况下，输出电压Vout可以通过下面的公式计算得出：

Vout=Vin/(1−D)

D是开关导通时间与整个周期的比例，即占空比。D = 1-Vin/Vout =1-5/12≈0.583

二、工作模式

Boost电路可以根据电感上的电流是否连续分为三种工作模式：

1、连续导通模式（CCM）

特点：电感电流始终 > 0。在每个周期内，电感电流都不会降至零。这种模式适用于高功率应用，因为输出电压更稳定，纹波较小。

工作阶段

开关导通阶段（Ton）：

电感电流线性上升，储存能量。
二极管反偏截止，电容向负载供电。

开关关断阶段（Toff）：

电感释放能量，与输入电压叠加，通过二极管向负载供电并给电容充电。

输出电压公式（理想）：

2、不连续导通模式（DCM）

特点：电感电流在每个周期内降为0。电感电流在每个周期内都会降至零一段时间。这种模式适合低功率应用，但输出电压纹波较大。

工作阶段：增加第三个阶段（电流为零的阶段）。

输出电压公式：

3、临界导通模式（BCM）：电感电流恰好在每个周期结束时降为零。这是CCM和非连续导通模式之间的过渡状态。

三、Boost电路设计步骤

以输入5V升压至12V/1A，开关频率100kHz为例：

1、确定占空比D

D = 1-Vin/Vout =1-5/12≈0.583

2、选择电感值L

根据预期的最大输出电流和最小输入电压选择合适的电感值。

CCM条件：电感电流纹波ΔIL < 20%满载电流。

公式：

Vdrop是二极管的正向压降，ΔIL是允许的最大电感电流纹波，fsw是开关频率。

例子计算：

3、计算输出电容C

用于平滑输出电压，需根据输出电压纹波要求选择适当的电容值。

允许纹波电压ΔVout = 50mV：

4、选择开关管与二极管

MOSFET：耐压 > Vout（选30V），导通电阻低（如IRF540）。

使用PWM控制器来生成驱动信号控制开关的导通和截止时间。确保选择的控制器能够支持所需的开关频率和占空比范围。

二极管：快恢复或肖特基二极管（如1N5822，耐压40V），以减少开关损耗。

四、关键参数与元件选型

开关频率：高频率（100kHz-1MHz）可减小元件体积，但增加开关损耗。

电感选择：

电容ESR：影响纹波，ESR越低越好。

五、常见问题与解决

输出电压不足：检查占空比是否受限，或电感饱和。
过热：检查二极管和MOSFET损耗，考虑同步整流。
振荡：增加输出电容或调整反馈环路补偿。

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结束语

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