反极性Boost开关调整器的原理与设计

摘 要：文章简单介绍Boost开关调整器的基本原理，重点介绍反极性Boost调整器的工作原理与设计要点。

关键词：反极性；Boost；调整器；设计

1 Boost开关调整器电路

Boost调整器是将较低的输入电压调整升高为较高的输出电压，该电路称为升压调整器或者升压电感变换器。其电路原理图如图1所示。

图1 Boost调整器电路

Boost调整器有两个不同的工作模式，模式与电感状态有关。如一个周期结束，电感电流降为0则工作于不连续模式，不为0即工作于连续模式。Boost调整器的输入电流是连续的，输出电流对于任何模式都是不连续的，因此连续模式和不连续模式只对电感的电流而言[1]。

2 反极性Boost调整器工作原理

Boost调整器的另一种电路提供反极性电压，原理图如图2所示，它的工作原理与图1 相同，在Q1导通期间能量存储于电感，关断期间将存储的能量释放给Co和输出负载。

图1 与图2 比较后发现，两图中开关管和电感交换了位置。Boost调整器的开关管位于电感下部，反极性调整器的开关管位于电感上部。整流二极管的连接方向也相反。

Q1导通时，因为二极管D1的阴极电压为Vdc（假设Q1导通压降为零），稳态时Co已充电到某一负电压，致使二极管反偏截止。由于恒定电压Vdc施加在上，所以其电流以di/dt=Vdc/Lo的斜率线性上升。经过导通时间Ton，电感Lo的电流达到Ip=VdcTon/Lo，Q1关断时，Lo的电压极性反向以保持电流不变。因此关断瞬间，流过Co和D1的电流与关断前相同。此电流线性下降且给电容充电。误差放大器在几个周期之后调节Q1的导通时间Ton使输出采样电压[VoR2/（R1+R2）]等于参考电压Vref。若Lo的储能在Q1再次导通前释放为0，那么电路工作于不连续模式，提供给负载的功率为

Pt=■ （1）

需要注意的是反极性调整器与Boost调整器不同，Q1关断时存储电流并不流经电源，所以提供给负载的功率只有上式一项，设效率为100%，则输出功率为

Po=■=■ （2）

又Ip=VdcTon/Lo则

Vo=VdcTon■ （3）

3 反极性调整器的设计

与Boost调整器电路类似，反极性调整器通过控制Q1导通期间存储在Lo上的电流在Q1关断间Tr结束时能降到0，来保证其工作在不连续模式。为保证能够实现这个过程，可以在Q1导通前设置一个0.2T的死区时间裕量Tdt。则Ton+Tr+Tdt=T，设Tdt=0.2T，那么有：

Ton+Tr=0.8T （4）

与Boost调整器相同，反极性调整器要求导通伏秒数与关断伏秒数相等，来防止磁芯饱和。因最大Ton发生在最小Vdc和Ro电流最大时，因此有

（5）

由式（4）与（5）可求出Ton为：

Ton=■ （6）

另外再根据式（3）可求出Lo，再由 求出Ip，并由Ip选择具有合适增益的开关管Q1。

4 结束语

文章对反极性Boost调整器电路进行了简单介绍，阐述了反极性Boost調整器工作原理与设计关系，对Boost调整器进行全面认识具有借鉴作用。

参考文献

[1]（美）普利斯曼，比利斯，莫瑞.开关电源设计[M].王志强，等译.电子工业出版社，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]邓卫华，张波，丘东元，等.电流连续型Boost变换器状态反馈精确线性化与非线性PID控制研究[J].中国电机工程学报，2004，24（8）：45-50.

作者简介：罗艳艳（1985-），女，江苏盐城人，助教，硕士，主要研究方向为电子科学与技术。