反極性Boost開關(guān)調(diào)整器的原理與設(shè)計

摘 要：文章簡單介紹Boost開關(guān)調(diào)整器的基本原理，重點(diǎn)介紹反極性Boost調(diào)整器的工作原理與設(shè)計要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：反極性；Boost；調(diào)整器；設(shè)計

1 Boost開關(guān)調(diào)整器電路

Boost調(diào)整器是將較低的輸入電壓調(diào)整升高為較高的輸出電壓，該電路稱為升壓調(diào)整器或者升壓電感變換器。其電路原理圖如圖1所示。

圖1 Boost調(diào)整器電路

Boost調(diào)整器有兩個不同的工作模式，模式與電感狀態(tài)有關(guān)。如一個周期結(jié)束，電感電流降為0則工作于不連續(xù)模式，不為0即工作于連續(xù)模式。Boost調(diào)整器的輸入電流是連續(xù)的，輸出電流對于任何模式都是不連續(xù)的，因此連續(xù)模式和不連續(xù)模式只對電感的電流而言[1]。

2 反極性Boost調(diào)整器工作原理

Boost調(diào)整器的另一種電路提供反極性電壓，原理圖如圖2所示，它的工作原理與圖1 相同，在Q1導(dǎo)通期間能量存儲于電感，關(guān)斷期間將存儲的能量釋放給Co和輸出負(fù)載。

圖1 與圖2 比較后發(fā)現(xiàn)，兩圖中開關(guān)管和電感交換了位置。Boost調(diào)整器的開關(guān)管位于電感下部，反極性調(diào)整器的開關(guān)管位于電感上部。整流二極管的連接方向也相反。

Q1導(dǎo)通時，因?yàn)槎O管D1的陰極電壓為Vdc（假設(shè)Q1導(dǎo)通壓降為零），穩(wěn)態(tài)時Co已充電到某一負(fù)電壓，致使二極管反偏截止。由于恒定電壓Vdc施加在上，所以其電流以di/dt=Vdc/Lo的斜率線性上升。經(jīng)過導(dǎo)通時間Ton，電感Lo的電流達(dá)到Ip=VdcTon/Lo，Q1關(guān)斷時，Lo的電壓極性反向以保持電流不變。因此關(guān)斷瞬間，流過Co和D1的電流與關(guān)斷前相同。此電流線性下降且給電容充電。誤差放大器在幾個周期之后調(diào)節(jié)Q1的導(dǎo)通時間Ton使輸出采樣電壓[VoR2/（R1+R2）]等于參考電壓Vref。若Lo的儲能在Q1再次導(dǎo)通前釋放為0，那么電路工作于不連續(xù)模式，提供給負(fù)載的功率為

Pt=■ （1）

需要注意的是反極性調(diào)整器與Boost調(diào)整器不同，Q1關(guān)斷時存儲電流并不流經(jīng)電源，所以提供給負(fù)載的功率只有上式一項，設(shè)效率為100%，則輸出功率為

Po=■=■ （2）

又Ip=VdcTon/Lo則

Vo=VdcTon■ （3）

3 反極性調(diào)整器的設(shè)計

與Boost調(diào)整器電路類似，反極性調(diào)整器通過控制Q1導(dǎo)通期間存儲在Lo上的電流在Q1關(guān)斷間Tr結(jié)束時能降到0，來保證其工作在不連續(xù)模式。為保證能夠?qū)崿F(xiàn)這個過程，可以在Q1導(dǎo)通前設(shè)置一個0.2T的死區(qū)時間裕量Tdt。則Ton+Tr+Tdt=T，設(shè)Tdt=0.2T，那么有：

Ton+Tr=0.8T （4）

與Boost調(diào)整器相同，反極性調(diào)整器要求導(dǎo)通伏秒數(shù)與關(guān)斷伏秒數(shù)相等，來防止磁芯飽和。因最大Ton發(fā)生在最小Vdc和Ro電流最大時，因此有

（5）

由式（4）與（5）可求出Ton為：

Ton=■ （6）

另外再根據(jù)式（3）可求出Lo，再由 求出Ip，并由Ip選擇具有合適增益的開關(guān)管Q1。

4 結(jié)束語

文章對反極性Boost調(diào)整器電路進(jìn)行了簡單介紹，闡述了反極性Boost調(diào)整器工作原理與設(shè)計關(guān)系，對Boost調(diào)整器進(jìn)行全面認(rèn)識具有借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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[4]鄧衛(wèi)華，張波，丘東元，等.電流連續(xù)型Boost變換器狀態(tài)反饋精確線性化與非線性PID控制研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2004，24（8）：45-50.

作者簡介：羅艷艷（1985-），女，江蘇鹽城人，助教，碩士，主要研究方向?yàn)殡娮涌茖W(xué)與技術(shù)。