boost变换器的工作原理及控制环路

一直想设计一款反极性变换电路，奈何思路不是很多，今天偶然发现一款很经典的电路，且成本较低，以这款电路作为切入，开始本人入坑开关电源的不归路。

从今天开始，依照如下方案依次更新文章，以记录这款负电平电路的优雅之处：

（一）叙述开关电源的升压电路的原理

（二）叙述降压电路原理

（三）反极性电路工作的原理

（四）开关电源的控制论数学模型

（五）各类开关电源的稳定性分析，包括电流模控制和电压模控制

（六）近代先进控制理论在开关电源上的应用

1、boost变换器的工作原理

在说明反极性变换器之前，我们先说一下开关电源的工作原理，开关电源的作用主要是用于适配不同电平标准的器件，有升压电路（boost变换，step up）和降压电路（step down）。具体用于什么情形取决于电路工作的场景。如图1是一种典型的开关升压电路，它使用与当电源输入电压较低，不足以驱动下级负载时，用于提升电压以适配下级电压。

图1 升压电路（电路本身需要升压，所以要求V0>Vin）

这里假定mos管（N沟道增强型）为理想mos管，且D4为理想二极管（正向导通压降为0，反向雪崩电压无限大，其它电参数也视为理想状态），由于电感为理想电感，因此当电感回到初始状态时，电感上无能量储存。例如电感从电流为0增加到某个电流i，然后又减小到电流为0，那么电感上在电流充放电的这段时间内视为无能量消耗。

当电感处于充电状态时，进过ton时刻后，电流将为：

此时，若MOS管关断，且由于钳位效应，电感输出端将直接与输出电容等电位（二极管为理想二极管），根据电磁感应定律，此时输出电容上的电压变为：

toff为关断时间

因此，当SW1的脉冲占空比大于50%时，电路便可达到升压的目的。

2、boost变换器的控制环路

图2、基本的boost电路控制回路

图2是基本boost变换电路，通过测量输出电压和给定电压的差值，该差值信号送至占空比控制器，占空比控制器通过控制占空比实现电路的稳压输出。例如当输出电压降低，则和给定的电平形成较大的差值，该差值会形成对占空比的进一步增大，使输出电压进一步提升达到稳压的目的。至此，boost电路的基本原理分析完成，下期将更新step down电路的模型和原理。