EEPW论坛

BOOST 电路即升压斩波电路，是一种基本的 DC-DC 变换器，以下是其原理分析：

• BOOST 电路主要由电源\(U_{in}\)、电感\(L\)、开关管\(Q\)、二极管\(D\)、电容\(C\)和负载\(R\)组成。电感\(L\)用于储能，开关管\(Q\)通常为功率 MOSFET 或 IGBT 等，用于控制电路的通断，二极管\(D\)起到单向导通的作用，防止电容\(C\)向电感\(L\)放电，电容\(C\)用于滤波，使输出电压更加平稳，负载\(R\)代表电路所连接的用电设备。

• 开关管导通阶段：当开关管\(Q\)导通时，电源\(U_{in}\)向电感\(L\)充电，电感电流\(i_L\)线性上升，电感两端电压\(U_L = U_{in}\)。此时二极管\(D\)承受反向电压而截止，电容\(C\)向负载\(R\)放电，维持输出电压\(U_{out}\)。在这个阶段，电感储存能量，其能量表达式为\(E = \frac{1}{2}Li_L^2\)。

• 开关管关断阶段：开关管\(Q\)关断后，电感\(L\)中的电流不能突变，电感两端会产生反电动势，其方向与原电压方向相同，与电源电压\(U_{in}\)叠加后通过二极管\(D\)向电容\(C\)充电，同时为负载\(R\)提供能量。此时电感电流\(i_L\)线性下降，电感两端电压\(U_L=-L\frac{di_L}{dt}\)。电容\(C\)充电使得输出电压\(U_{out}\)升高，并且由于电容的储能作用，输出电压能够保持相对稳定。

• 设开关管\(Q\)的导通时间为\(t_{on}\)，关断时间为\(t_{off}\)，开关周期为\(T = t_{on}+t_{off}\)，占空比为\(D=\frac{t_{on}}{T}\)。根据电感伏秒平衡原理，在一个开关周期内，电感两端电压的积分应为零，即\(\int_{0}^{T}U_Ldt = 0\)。

• 在导通阶段，\(U_L = U_{in}\)，导通时间为\(t_{on}\)；在关断阶段，\(U_L = U_{out}-U_{in}\)，关断时间为\(t_{off}\)。由此可得\(U_{in}t_{on}=(U_{out}-U_{in})t_{off}\)，将\(t_{on}=DT\)，\(t_{off}=(1 - D)T\)代入上式，整理可得输出电压\(U_{out}\)与输入电压\(U_{in}\)的关系为\(U_{out}=\frac{U_{in}}{1 - D}\)。由于\(0<D<1\)，所以\(U_{out}>U_{in}\)，实现了升压功能。

• 从能量守恒的角度来看，忽略电路中的损耗，输入功率等于输出功率，即\(U_{in}I_{in}=U_{out}I_{out}\)。结合电压关系\(U_{out}=\frac{U_{in}}{1 - D}\)，可得\(I_{in}=\frac{U_{out}}{U_{in}}I_{out}=\frac{1}{1 - D}I_{out}\)。这表明输入电流\(I_{in}\)小于输出电流\(I_{out}\)，且随着占空比\(D\)的增大，输入电流相对输出电流越小。

• BOOST 电路广泛应用于各种需要升压的场合，如手机充电器、LED 照明驱动电路、太阳能光伏发电系统中的 DC-DC 变换器等，能够将较低的输入电压提升到所需的较高输出电压，以满足不同设备的工作需求。

介绍一下boost电路的应用场景boost电路的工作频率是如何确定的？如何对boost电路进行效率优化？