boost升壓電路的定義及工作原理介紹

boost電路" target="_blank">升壓電路是一種常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它通過(guò)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)控制電感儲(chǔ)存和釋放能量，從而使輸出電壓比輸入電壓高。

它又稱(chēng)為升壓斬波電路，斬波意思是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電壓的過(guò)程稱(chēng)為斬波，斬波有兩種方式，一種是脈寬調(diào)制方式，另一種是頻率調(diào)制，頻率調(diào)制這種易受干擾。BOOST升壓又是DC-DC電路的一種，因?yàn)樗妮敵鲭妷罕容斎腚妷焊?，所以又稱(chēng)為升壓電路。

現(xiàn)在的開(kāi)關(guān)電源一般是由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成，結(jié)合各種開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組成完整的開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源最主要的是開(kāi)關(guān)IC，如下圖是BOOST升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要是由電感L1、開(kāi)關(guān)管Q1以及二極管D1組成。

boost升壓電路的定義及工作原理介紹

充電過(guò)程：在充電時(shí)候，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，可理解為MOS管這里相當(dāng)于一根線(xiàn)直接將漏極D和源極連起來(lái)，那么化簡(jiǎn)原理圖得到下面的電路圖，這時(shí)候輸入電壓流過(guò)電感L1、Q1、電容C1，隨著不斷充電，電感上的電流線(xiàn)性增加，到達(dá)一定時(shí)候電感儲(chǔ)存了一定能量;在這過(guò)程當(dāng)中，二極管D1反偏截止，由電容C2給負(fù)載提供能量，維持負(fù)載工作;

放電過(guò)程：當(dāng)開(kāi)關(guān)管不導(dǎo)通時(shí)候，此時(shí)Q1相當(dāng)于斷開(kāi)，由于電感有反向電動(dòng)勢(shì)作用，電感的電流不能瞬時(shí)突變，而是會(huì)緩慢的逐漸放電。由于原來(lái)的電回路已經(jīng)斷開(kāi)，電感只能通過(guò)D1、負(fù)載、C1回路放電，也就是說(shuō)電感開(kāi)始給電容C2充電，加上給C2充電之前已經(jīng)有C2提供電壓，因此電容兩端電壓升高。

Boost升壓電路是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路，其原理及與占空比的關(guān)系可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述：

Boost升壓電路通過(guò)周期性地控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止，實(shí)現(xiàn)電感的儲(chǔ)能與釋能，從而將輸入電壓升高到更高的輸出電壓。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓對(duì)電感進(jìn)行充電，電感儲(chǔ)存能量，此時(shí)二極管截止，防止電容對(duì)地放電;當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，由于電感的電流保持特性，電感中的電流不會(huì)立即變?yōu)榱悖抢^續(xù)流動(dòng)，并通過(guò)二極管對(duì)電容進(jìn)行充電，使電容兩端的電壓升高，從而實(shí)現(xiàn)升壓功能。

在Boost升壓電路中，占空比(Duty Cycle)是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它決定了輸入輸出電壓之間的關(guān)系。占空比是指開(kāi)關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間與總周期時(shí)間的比值。輸入輸出電壓與占空比之間的關(guān)系可以通過(guò)以下公式表示：

[ V_{out} = frac{V_{in}}{1 - D} ]

其中，Vout 是輸出電壓，Vin 是輸入電壓，D 是占空比。

從這個(gè)公式可以看出，輸出電壓與輸入電壓和占空比之間存在著密切的關(guān)系。在輸入電壓一定的情況下，占空比越大，輸出電壓也越高。這是因?yàn)檎伎毡仍龃笠馕吨_(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能的時(shí)間也相應(yīng)增加，從而在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)能夠釋放更多的能量到電容上，使輸出電壓升高。

推導(dǎo)過(guò)程主要基于電感電壓電流關(guān)系、電容電壓電流關(guān)系以及開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間，電感電流線(xiàn)性增加，電感儲(chǔ)存能量;在開(kāi)關(guān)管截止期間，電感電流通過(guò)二極管對(duì)電容充電，電容電壓升高。通過(guò)分析這些關(guān)系，可以建立Boost電路的數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)出輸入輸出電壓與占空比之間的具體關(guān)系式。

綜上所述，Boost升壓電路通過(guò)周期性地控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止，實(shí)現(xiàn)電感的儲(chǔ)能與釋能，從而將輸入電壓升高到更高的輸出電壓。占空比作為關(guān)鍵參數(shù)，決定了輸入輸出電壓之間的關(guān)系，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。

Boost升壓電路的實(shí)際應(yīng)用

太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)

Boost升壓電路在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能電池板的輸出電壓通常較低，而系統(tǒng)中的負(fù)載可能需要較高的電壓。通過(guò)使用Boost升壓電路，可以將太陽(yáng)能電池板的輸出電壓提高到所需的電壓水平，從而滿(mǎn)足系統(tǒng)的需求。

電池充電器

在電池充電器中，Boost升壓電路可以將較低的輸入電壓提高到適合電池充電的電壓水平。例如，將5V的USB電源轉(zhuǎn)換為適合手機(jī)電池充電的9V電壓。

LED照明

在LED照明系統(tǒng)中，Boost升壓電路可以將較低的輸入電壓轉(zhuǎn)換為適合LED驅(qū)動(dòng)的較高電壓。這有助于提高LED的亮度和效率。