【導(dǎo)讀】工程師面對(duì)boost電路設(shè)計(jì)，總會(huì)多方面考慮boost電路的電壓負(fù)載能力是否達(dá)標(biāo)，如何提升負(fù)載能力，哪種驅(qū)動(dòng)方式比較好，如何有效避免電壓出現(xiàn)峰值等等問(wèn)題。本文就由專(zhuān)家解析關(guān)于boost電路的種種問(wèn)題。
如何增強(qiáng)boost升壓電路負(fù)載能力？
實(shí)際案例
在本案例中，Boost電路設(shè)計(jì)為最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，即由一個(gè)儲(chǔ)能電感、一個(gè)肖特基二極管、一個(gè)大電容、一個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管組成，使用SG3525做PWM驅(qū)動(dòng)器，直接一路驅(qū)動(dòng)+閉環(huán)電壓反饋。開(kāi)通后由12V輸入升壓到55V、1.5A，一帶載電壓就降到22V左右，升不上去。電壓升到24V后能夠帶一個(gè)40W的負(fù)載，但是電壓相應(yīng)的會(huì)下降2V左右。電路空載時(shí)輸出電壓良好，為55V，電壓調(diào)整率穩(wěn)定，輸出電壓比較穩(wěn)定的，但帶不了負(fù)載。
案例分析
依據(jù)本案例的描述，那么這個(gè)boost電路所需要的是一個(gè)占空比能超過(guò)50%的控制芯片。如果是采用的一路輸出帶的MOS管，最大占空比50%左右。即使理想情況下，50%的最大占空比帶載后最大輸出電壓也不過(guò)24V，所以輸出22V，再正常不過(guò)了。
除此之外，另一個(gè)可行的辦法就是需要用兩只MOSFET分別用3525的兩個(gè)輸出端驅(qū)動(dòng)，兩只MOSFET漏極并聯(lián)。采用這個(gè)辦法可以得到正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電壓，不過(guò)3525沒(méi)有限制最大占空比，對(duì)于Boost電路有可能出現(xiàn)占空比始終為為最大的錯(cuò)誤狀態(tài)。這時(shí)候兩只MOSFET輪流導(dǎo)通，沒(méi)有關(guān)斷的時(shí)刻也無(wú)法輸出能量，因此需要手動(dòng)開(kāi)啟軟啟動(dòng)功能，在軟啟動(dòng)的狀態(tài)下，這個(gè)電路是可以正常工作的。
小結(jié)：當(dāng)所設(shè)計(jì)的boost電路出現(xiàn)負(fù)載能力削弱或無(wú)負(fù)載的情況時(shí)，可以從占空比和芯片兩個(gè)方向入手進(jìn)行排查。除此之外，工程師還可以通過(guò)查詢(xún)手冊(cè)的方式進(jìn)行功能篩選排查，不同的機(jī)型擁有不同的特性，有事通過(guò)功能設(shè)置就可以解決負(fù)載功能弱的問(wèn)題，無(wú)需再進(jìn)行電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)改動(dòng)。
怎樣有效避免Boost電路輸出電壓出現(xiàn)峰值
使用模擬器進(jìn)行計(jì)算模擬，可以幫助工程師在設(shè)計(jì)階段有效避免成本、機(jī)械損失。在進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)，boost電路輸出電壓出現(xiàn)峰值問(wèn)題是比較常見(jiàn)的，通常與模型的自帶參數(shù)、電路設(shè)計(jì)缺陷、電壓輸出不穩(wěn)定等問(wèn)題有關(guān)。下面我們將通過(guò)一個(gè)案例，為大家解讀怎樣才能夠有效的在模擬測(cè)試階段避免boost電路輸出電壓出現(xiàn)峰值問(wèn)題。
案例情況
使用仿真模擬器進(jìn)行boost線(xiàn)路模擬，在操作中的具體參數(shù)為：輸入電壓24-48V，輸出電壓380V，P_out為500W。
峰值情況如下圖所示：
圖1：在仿真模擬器上所出現(xiàn)的峰值
[page] 專(zhuān)家分析
依據(jù)波形和具體的參數(shù)進(jìn)行分析后，可以判定造成峰值的主要原因是由于模型自帶的寄生參數(shù)導(dǎo)致的。
我們可以從數(shù)學(xué)角度定性分析一下。仿真的是固定Duty的Voltage Mode control Boost輸出對(duì)階躍輸入的響應(yīng)，從輸入到輸出的傳函為：
其中，Q值計(jì)算的具體過(guò)程如下：
我們知道，小信號(hào)分析的前提條件是在電路處于穩(wěn)態(tài)DC工作點(diǎn)，假設(shè)在變量穩(wěn)態(tài)時(shí)加上幅值非常小的AC擾動(dòng)信號(hào)。于是該問(wèn)題就變成了典型的二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析，影響到輸出電壓的那個(gè)峰值大小及形狀的主要因素就是這個(gè)Q值。
而二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)可估算為：
所謂的二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)也就是模型自帶的寄生參數(shù)，包括電感、電容Esr，二極管、MOS導(dǎo)通電阻等。想要避免峰值的產(chǎn)生，可以加閉環(huán)控制，也可以選擇加軟啟動(dòng)，相位裕度弄到70度以上就不會(huì)有過(guò)沖了，能夠有效的防止峰值產(chǎn)生。
小結(jié)：通過(guò)對(duì)該案例的分析我們可以看出，模型自帶參數(shù)往往會(huì)在仿真測(cè)試階段造成峰值。而在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中想要避免峰值出現(xiàn)，工程師可以在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)自主設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)值，并圍繞電感、電容、MOS電阻等方面進(jìn)行多方面的排查篩選，避免峰值產(chǎn)生。
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