如何增強boost升壓電路負(fù)載能力？

實際案例

在本案例中，Boost電路設(shè)計為最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)類型，即由一個儲能電感、一個肖特基二極管、一個大電容、一個MOS開關(guān)管組成，使用SG3525做PWM驅(qū)動器，直接一路驅(qū)動+閉環(huán)電壓反饋。開通后由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40W的負(fù)載，但是電壓相應(yīng)的會下降2V左右。電路空載時輸出電壓良好，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boost電路所需要的是一個占空比能超過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24V，所以輸出22V，再正常不過了。

除此之外，另一個可行的辦法就是需要用兩只MOSFET分別用3525的兩個輸出端驅(qū)動，兩只MOSFET漏極并聯(lián)。采用這個辦法可以得到正常運轉(zhuǎn)所需要的電壓，不過3525沒有限制最大占空比，對于Boost電路有可能出現(xiàn)占空比始終為為最大的錯誤狀態(tài)。這時候兩只MOSFET輪流導(dǎo)通，沒有關(guān)斷的時刻也無法輸出能量，因此需要手動開啟軟啟動功能，在軟啟動的狀態(tài)下，這個電路是可以正常工作的。

小結(jié)：當(dāng)所設(shè)計的boost電路出現(xiàn)負(fù)載能力削弱或無負(fù)載的情況時，可以從占空比和芯片兩個方向入手進行排查。除此之外，工程師還可以通過查詢手冊的方式進行功能篩選排查，不同的機型擁有不同的特性，有事通過功能設(shè)置就可以解決負(fù)載功能弱的問題，無需再進行電路系統(tǒng)設(shè)計改動。

怎樣有效避免Boost電路輸出電壓出現(xiàn)峰值

使用模擬器進行計算模擬，可以幫助工程師在設(shè)計階段有效避免成本、機械損失。在進行仿真測試時，boost電路輸出電壓出現(xiàn)峰值問題是比較常見的，通常與模型的自帶參數(shù)、電路設(shè)計缺陷、電壓輸出不穩(wěn)定等問題有關(guān)。下面我們將通過一個案例，為大家解讀怎樣才能夠有效的在模擬測試階段避免boost電路輸出電壓出現(xiàn)峰值問題。

案例情況

使用仿真模擬器進行boost線路模擬，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：

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專家分析

依據(jù)波形和具體的參數(shù)進行分析后，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輸出對階躍輸入的響應(yīng)，從輸入到輸出的傳函為：


其中，Q值計算的具體過程如下：



我們知道，小信號分析的前提條件是在電路處于穩(wěn)態(tài)DC工作點，假設(shè)在變量穩(wěn)態(tài)時加上幅值非常小的AC擾動信號。于是該問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峰值大小及形狀的主要因素就是這個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，相位裕度弄到70度以上就不會有過沖了，能夠有效的防止峰值產(chǎn)生。

小結(jié)：通過對該案例的分析我們可以看出，模型自帶參數(shù)往往會在仿真測試階段造成峰值。而在實際設(shè)計的過程中想要避免峰值出現(xiàn)，工程師可以在電路系統(tǒng)設(shè)計時自主設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)值，并圍繞電感、電容、MOS電阻等方面進行多方面的排查篩選，避免峰值產(chǎn)生。

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