反極性Boost開關調整器的原理與設計

摘 要：文章簡單介紹Boost開關調整器的基本原理，重點介紹反極性Boost調整器的工作原理與設計要點。

關鍵詞：反極性；Boost；調整器；設計

1 Boost開關調整器電路

Boost調整器是將較低的輸入電壓調整升高為較高的輸出電壓，該電路稱為升壓調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調整器電路

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

2 反極性Boost調整器工作原理

Boost調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導通期間能量存儲于電感，關斷期間將存儲的能量釋放給Co和輸出負載。

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

Q1導通時，因為二極管D1的陰極電壓為Vdc（假設Q1導通壓降為零），穩態時Co已充電到某一負電壓，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。經過導通時間Ton，電感Lo的電流達到Ip=VdcTon/Lo，Q1關斷時，Lo的電壓極性反向以保持電流不變。因此關斷瞬間，流過Co和D1的電流與關斷前相同。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節Q1的導通時間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再次導通前釋放為0，那么電路工作于不連續模式，提供給負載的功率為

Pt=■ （1）

需要注意的是反極性調整器與Boost調整器不同，Q1關斷時存儲電流并不流經電源，所以提供給負載的功率只有上式一項，設效率為100%，則輸出功率為

Po=■=■ （2）

又Ip=VdcTon/Lo則

Vo=VdcTon■ （3）

3 反極性調整器的設計

與Boost調整器電路類似，反極性調整器通過控制Q1導通期間存儲在Lo上的電流在Q1關斷間Tr結束時能降到0，來保證其工作在不連續模式。為保證能夠實現這個過程，可以在Q1導通前設置一個0.2T的死區時間裕量Tdt。則Ton+Tr+Tdt=T，設Tdt=0.2T，那么有：

Ton+Tr=0.8T （4）

與Boost調整器相同，反極性調整器要求導通伏秒數與關斷伏秒數相等，來防止磁芯飽和。因最大Ton發生在最小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管Q1。

4 結束語

文章對反極性Boost調整器電路進行了簡單介紹，闡述了反極性Boost調整器工作原理與設計關系，對Boost調整器進行全面認識具有借鑒作用。

參考文獻

[1]（美）普利斯曼，比利斯，莫瑞.開關電源設計[M].王志強，等譯.電子工業出版社，2010.

[2] K.V.Kantak，"Output Voltage Ripple in Switching Power Converters，"Power Elec-tronics Conference Proceedings，Boxborough，Mass.pp.35-44，April 1987

[3] K.Billing，Switchmode Power Supply Handbook，New York：McGraw-Hill，1999，Chap.9.

[4]鄧衛華，張波，丘東元，等.電流連續型Boost變換器狀態反饋精確線性化與非線性PID控制研究[J].中國電機工程學報，2004，24（8）：45-50.

作者簡介：羅艷艷（1985-），女，江蘇鹽城人，助教，碩士，主要研究方向為電子科學與技術。