1、11. BOOST 变换器的电路拓扑2. BOOST 变换器的工作原理当晶体管导通时，二极管截止(t=0DTs)，输入电压 Vs 向能量传递电感 L 充磁，负载电压 Vo 靠滤波电容 C 维持；当晶体管截止时，二极管导通(t=DTsTs)，电感把前一阶段贮存的能量全部释放给负载和电容显然，晶体管导通的时间越长，即 D 越大，负截获得的能量越多，输出电压越高。3. CCM 主要参量的稳态波形24. 4.BOOST 变换器 CCM 稳态分析由电感电压伏秒平衡原理有:得：Boost 变换器的稳态电压变比永远大于 1，所以 Boost 变换器也称为升压变换器。5.CCM Boost 变换器稳态电压变比
2、特性6.CCM Boost 变换器电感电流纹波TsDVsoDTs)1(M37.DCM MODE当电感 L 较小，或电阻 R 较大，或开关颇率 fS 较低时，BOOST 变换器也将工作在不连续导电模式下，如下图：49.DCM 主要参量的稳态波形510.D2 与电路参数的关系推导11.DCM 与 CCM 模式的稳态电压变比曲线2/412/41)()(2121211212021KDKMRVMIDTLosss 且 ：又 ，612.DCM 与 CCM 的临界条件13.Kcrit 与 M 和 D1 关系的图解714.BOOST 变换器的优缺点BOOST 变换器的优点：输入电流是连续的，这减轻了对电源的电磁
3、干扰；开关晶体管发射极接地使驱动电路简单BOOST 变换器的缺点是：输出侧二极管的电流是脉动的，使输出纹波较 大所以实际应用中，在二极管与输出之间 常加入一个输出滤波网络.电压变比水远大于 1，即它只能升压，不能降15.UCC3818 功能介紹UCC3818 为主动 PFC 提供了很多的功能。这个控制器通过调整交流输入电流的波形来符合交流输入电压。平均电流能保持一个稳定的、低失真的正旋曲线。 通过 BIOMOS 制程设计出来的 UCC2817/UCC2818 具备新的功能，例如低啟動电流、低功率损耗、过电压保护、短路保护、一项重要的边缘调制技术是降低 BULK电容的纹波电流，还有一个低 off
4、set 電壓(2mV) 的电流放大器的应用来降低在轻载情况下的失真。UCC2817 通过它的低啟動电流来提供一个在线的(on chip)稳压器,适合应用在 BOOST 升壓電路中,UCC2818 倾向于运用在固定電壓的提供上 16.UCC3818 Block Diagram817.UCC3818 极限參數供应电压 VCC 18V 门驱动电流(連續值)： 0.2A 门驱动电流，50的占空比 1.2A 输入电压 CAIMOUTSS： 8V 输入电压 PKLMT: 5V 输入电压 VSENSE、OVP/EN: 10V 输入电流 RT、IAC、PKLMT 10mA 输入电流 Vcc(no switch
5、ing) 20mA 最大负向电压 DRVOUT、PKLMT 、MOUT -0.5V 功率损耗1W 18.UCC3818 管腳圖19.管腳功能1.GND:所有的电压都以此 PIN 為参考电压。VCC 和 REF 要用 一个 0.1UF 或更大的电容直接串接到地. 2. PKLMT（PFC 峰值電流限制）峰值電流限制的門限電壓為 0V從電流檢測電阻的負端接一個電阻到 VREF,在 PKLMT 得到一個分壓這樣就可以通過電流檢測電阻和接到 VREF 的電阻來設定峰值電流的限制峰值電流限制當 PKLMT 的電壓由正端過零時動作 3. CAOUT:（电流放大器的输出）这是一个宽频带功率放大器的输出，他用
6、来感应线性电流，控制 PFC 的 PWM 来校正占空比。一些用作补偿的零件常放于 CAOUT 和MOUT 之間 4. CAI(电流放大器的正输入端): 将一个电阻放到该 PIN 和 GND 之间可作为 Sense电阻用。这一输入和反向输入(MOUT) 使其电压下降并低于 GND. 5. MOUT (乘法器的输出和电流放大器的反向输入)作為 乘法器的輸出這是一個電流對于電流放大器這是一個高阻抗的輸入 這時可以把電流放大器作為一個差模放大器 9這种結构可以提高抗干扰性保証預調節器正常工作 乘法器的輸出電流被限制在 2*IIAC此電流可以由下式給出 6. IAC:(与输入电压成比例的電流)输入到模拟
7、乘法器的是一个和线性电压成比例的电流。这个乘法器要求从电流的输入到输出只能有很小的失真。建议最大的 IIac 是500uA. 7. VAOUT（電壓放大器輸出）此 PIN 是調整輸出的放大器的輸出電壓放大器的輸出在內部被限制在 5.5V 以防止過沖8. VFF（前向反饋電壓）電壓的有效值信號通過 IIAC 的 1/2 電流鏡向產生從而形成一個單极點的外部濾波器在低電壓時VFF 電壓應是 1.4V 10. OVP/EN(過壓/使能) 如果 BOOST 輸出電壓高于設定的電平或者 PFC 輸出驅動和Soft start 复位的情況下將此 Pin 拉到典型值 1.9V 以下就會使得芯片關閉 11.
8、VSENSE（電壓放大器的反向輸入端）正常情況下此 Pin 与補償网絡和 BOOST變換器輸出的分壓网絡相聯 12. RT（設定振盪充電電流）在 RT 到地串接一個電阻來設定振蕩器的充電電流推荐使用 10K100Kohm 的電阻此 PIN 正常時的電壓為 3V. 9. VREF（參考電壓輸出）VREF 是精确到 7.5V 的電壓基准輸出這個輸出對于周邊電路和內部短路電流限制可以提供 20mA 的電流VREF 在 VCC 電壓低于 UVLO 門坎電壓時保持在 0 電位的無效狀態 為了更好的穩定性直接在 VCC 到 GND 串接一個0.1uF 或者更大的電容VREF 電壓与 VCC 和 IVREF
9、 的關系如下 2)1(VFAOUTICMOUTKI1013. SS（軟啟動）Vss 在 VVCC 低的情況下放電當使能時SS 通過一個電流源給外部的電容充電在開机時此電壓被用于電壓誤差信號能使得 PWM 的脈寬慢慢張開在 VVCC 下降的時候 OVP/EN 被迫拉到 1.9V 以下SS 快速放電關閉 PWM 14. CT:(振荡定时电容)在 CT 和 GND 之间放置一个电容可以调节 PWM 的振荡频率。依据是：f=0.6/(RTxCT) ，从振荡电容到 GND 的路徑要尽可能的短和直。 15. VCC在 10V17V 的正常運作下需要至少 20mA 的電流 VCC 到 GND 要直接串接電容
10、用來吸收電源電流的 SPIKE以便給輸出 MOSFET 的柵極電容充電如果 VCC 電壓沒有上升到上限門坎或掉到了下限門坎則芯片不會工作 16. DRVOUT：（门驱动）开关的输出驱动是一个圖騰柱式的 MOSFET。用一個门电阻来防止因门阻抗和输出之间的干扰，並防止輸出驅動的過沖如下圖曲線可以确定門驅動電阻的最小需要值 20.BOOST 電感BOOST 變換器的電感值由下式決定L=U*D/ I* fs 式中D 為脈沖寬度I 為電感電流的峰峰值fs 為開關頻率例如一電路開關頻率為 100KHz峰峰值電流為 875mA最大的脈寬為 0.688最小的輸入電壓的有效值為 85V則 BOOST 電感的值
11、為 1mH此算式中的值要取輸入最小電壓的峰值 電感電流的峰峰值要取最大值 21.輸出電容的決定11兩個主要的參數是電容和電壓值先決定輸出電容 電容值是由 hold up time 決定的可以用輸出功率輸出電壓和保持時間來表示輸出電容值如下 實際上這樣計算到的最小電容值也許是不准确的這是因為輸出峰峰值電壓的規格限制了輸出電容的串聯等效阻抗要想得到足夠低的串聯等效阻抗需要比計算值更高的電容值輸出電容的串聯等效阻抗能夠被最大容許的峰峰值電壓決定而峰峰值電壓又由電感電流的峰峰值決定22.功率開關的選擇對于任何開關電源的設計都要權衡產品的性能 成本和体積大小選擇一個功率開關去計算組成轉換器的几顆元件在開
12、關頻率下的轉換總損耗是有用的 轉換中的總損耗是開關損耗和傳輸損耗的和開關損耗由柵极電荷損耗 Coss 損耗導通損耗和關斷損耗組成這里Q GATE 是總的柵极電荷V GATE 是柵极驅動電壓fs 是時鐘頻率C OSS 是MOSFET 的漏极電容I L 是電感的峰值電流 t ON 和 tOFF 是開關時間 V OFF 是截止時開關兩端的電壓這時 VOFF=VOUT 傳導損耗可以由開關的導通阻抗 RDS(on)和方波的有效值計算這 這儿的 K 是厂商提供的 RDS(on)与結溫曲線的溫度系數 計算這些損耗並劃出与開關頻率的曲線以便于設計者決定是否厂商的元件此開關頻率下有最好的性能或者是否開關頻率對特
13、定的功率開關有最小的損耗軟啟動線路用于防止開机時輸出電壓的過沖這是通過讓電壓放大器的輸出慢慢增加從而讓 PWM 的占空比慢慢增加來實現的 可以按照以下算式來計算軟啟動 Pin 腳的電容 fstIPfsCVOFNLOFFONSSGATEGATE )(2122)(MSonDSCONIRPVtACDELYS5.71012乘法器的輸出是一個代表所期望的輸入電流的信號對電流放大器是一個輸入信號而電流放大器可以設定電流環以控制電流從而得到高的功率因數同樣乘法器的正确功能取決于成功的設計乘法器的輸入是電壓放大器的輸出信號VAOUT代表輸入交流電网電壓的信號 IIAC輸入反饋信號 VVFF乘法器的輸出 IMO
14、UT 可以表示為 這里 K=1/V 是乘法器的增益 IIAC 信號是通過在整流后的位置到 UCC3818 的 IAC PIN 串接一個大電阻得到的所選擇的 RIAC 要保証高電壓時能得到最大的 IIACUCC3818 的最大 IIAC 是 500uA一個更高的電流會使得乘法器的輸出非線性化一個更小的電流可以使得乘法器保持輸出線性但干扰卻變成了問題尤其在低電壓時如果是 85Vac264Vac 的全電壓范圍可以給出 RIAC 的值為 750KOHM由于 1/4W 標准電阻的限制可以用几個串聯而不必用高壓電阻在 IC 內部有一個從 IAC 到 VFF 的電流鏡(mirror 2:1)VFF 是一個与電网電壓成比例的前饋電壓信號VFF 電壓用于保持電源增益的穩定 并且提供輸入功率的限制以下算式用于計算 VFF 電阻的大小 RVFF 以提供功率限制這儿 VIN(min)是最小有效值輸入電壓 2)1(VFAOUTICMOUTKI1325.電壓環第二個諧波干扰點是輸出電容在工頻的二次諧波頻率處的峰峰值這個峰峰值通過誤差放大器反饋並在乘法器的輸入表現為次諧波為了系統的穩定性和減弱諧波的干扰電壓環必須要補償
