淺談Boost升壓電路的原理及設(shè)計

L可選用電感量為140~200μH且通過5A以上電流不會飽和的電感器。電感的設(shè)計包括磁芯材料、尺寸、型號選擇及繞組匝數(shù)計算、線徑選用等。電路工作時重要的是避免電感飽和、溫升過高。磁芯和線徑的選擇對電感性能和溫升影響很大，材質(zhì)好的磁芯如環(huán)形鐵粉磁芯，承受峰值電流能力較強，EMI低。而選用線徑大的導線繞制電感，能有效降低電感的溫升。

3.2 輸出電壓取樣電阻R1、R2

因UC3842的腳2為誤差放大器反向輸入端，芯片內(nèi)正向輸入端為基準2.5v，可知輸出電壓Vo=2.5(1+R1/R2)，根據(jù)輸出電壓可確定取樣電阻R1、R2的取值。

由于儲能電感的作用，在開關(guān)管開啟和關(guān)閉時會形成大的尖峰電流，在檢測電阻Rs上產(chǎn)生一個尖峰脈沖，為防止造成UC3842的誤動作，在Rs取樣點到UC3842的腳3間加入R、C濾波電路，R、C時間常數(shù)約等于電流尖峰的持續(xù)時間。

3.3 開關(guān)管S

開關(guān)管的電流峰值由式(10)得

Iv(max)=ILP=5.11A

開關(guān)管的耐壓由式(11)得

Vds(off)=Vo+Vf=40+0.8=40.8V

按20%的余量，可選用6A/50V以上的開關(guān)管。為使溫升較低，應選用Rds較小的MOS開關(guān)管，要考慮的是通態(tài)電阻Rds會隨PN結(jié)溫度T1的升高而增大。

圖4為實測開關(guān)管的開關(guān)電壓波形和電流瞬態(tài)波形圖。

3.4 輸出二極管D和輸出電容器C2

升壓電路中輸出二極管D必須承受和輸出電壓值相等的反向電壓，并傳導負載所需的最大電流。二極管的峰值電流Id(max)=ILP=5.11A，本電路可選用6A/50V以上的快恢復二極管，若采用正向壓降低的肖特基二極管，整個電路的效率將得到提高。輸出電容C2的選定取決于對輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。

電容的ESR△Vo/△IL=40x1%/1.33=O.3Ω。

另外，為滿足輸出紋波電壓相對值的要求，濾波電容量應滿足

根據(jù)計算出的ESR值和容量值選擇電容器，由于低溫時ESR值增大，故應按低溫下的ESR來選擇電容，因此，選用560μF/50V以上頻率特性好的電解電容可滿足要求。

3.5 外補償網(wǎng)絡(luò)

UC3842誤差放大器的輸出端腳l與反相輸入端腳2之間外接補償網(wǎng)絡(luò)Rf、Cf。 Rf、Cf的取值取決于UC3842環(huán)路電壓增益、額定輸出電流和輸出電容，通過改變Rf、Cf的值可改變放大器閉環(huán)增益和頻響。為使環(huán)路得到最佳補償，可測試環(huán)路的穩(wěn)定度，測量Io脈動時輸出電壓Vo的瞬態(tài)響應來加以判斷。

圖5為Cf選用0.0lμF和470pF時動態(tài)響應控制波形的區(qū)別，上沖下降幅度和復位時間都有差別。

3.6 斜坡補償

在實用電路中，增加斜坡補償網(wǎng)絡(luò)，一般有二種方法，一是從斜坡端腳4接補償網(wǎng)絡(luò)Rx、Cx至誤差放大器反相輸入端腳2，使誤差放大器輸出為斜坡狀，再與Rs上感應的電壓比較。二是從斜坡端腳4接補償網(wǎng)絡(luò)Rx、Cx到電流感應端腳3，將在Rs的感應電壓上增加斜坡的斜率，再與平滑的誤差電壓進行比較，作用是防止諧波振蕩現(xiàn)象，避免UC3842工作不穩(wěn)定，同時改善電流型控制開關(guān)電壓的噪聲特性。本文采用方法二。

3.7 保護電路

當UC3842的腳3電壓升高超過1V或腳1電壓降到1V以下，都可使PWM比較器輸出高電平，造成PWM鎖存器復位。根據(jù)UC3842關(guān)閉特性，可以很容易在電路中設(shè)置過壓保護和過流保護。本電路中Rs上感應出的峰值電流形成逐個脈沖限流電路，當腳3達到1V時就會出現(xiàn)限流現(xiàn)象，所以，整個電路中的電感磁性元件和功率開關(guān)管不必設(shè)計較大的余量，就能保證穩(wěn)壓電路工作可靠，降低成本。

4 結(jié)語

按以上原理和計算設(shè)計丁輸入18V，輸出40V的80W升壓DC/DC電路，整個電路調(diào)試容易，工作穩(wěn)定，可靠性高，效率達80%以上，特別是成本低，已應用于實際設(shè)備中。另外，可根據(jù)具體的電路指標要求，對電路靈活控制、變動，設(shè)計出其他的應用電路。