Boost電源電路是一種DC-DC升壓電路，能夠?qū)⒌碗妷荷叩捷^高電壓。其基本原理是利用電感儲(chǔ)能和電容儲(chǔ)能的方式，通過開關(guān)管的開關(guān)控制，將輸入電壓進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)的變化，從而使輸出電壓得到升壓。通過調(diào)整開關(guān)管的開關(guān)頻率和占空比，可以控制輸出電壓的大小和穩(wěn)定性。

開關(guān)電源的主要部件包括：輸入源、開關(guān)管、儲(chǔ)能電感、控制電路、二極管、負(fù)載和輸出電容。如果功率不是特別大，IC廠家會(huì)將開關(guān)管、控制電路、二極管集成到一顆電源管理芯片中，極大簡(jiǎn)化了外部電路。

按照是否集成MOSFET，可以將電源IC分類為轉(zhuǎn)換器、控制器。從集成度來看，Boost變換器也可以這樣分類，分為集成MOSFET的Boost轉(zhuǎn)換器，以及外置MOSFET的Boost控制器。低功耗升壓轉(zhuǎn)換器可滿足對(duì)小尺寸解決方案、低成本和高功率密度的需求,不需要外接MOSFET，電路更簡(jiǎn)單，成本更低，PCB布局更緊湊，如圖6.1所示。

或者有些Boost變換器集成了一個(gè)MOSFET，二極管外置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)非同步Boost電路，如圖6.2所示。

如果電源芯片不集成MOSFET，則可以通過外接MOSFET或者二極管，實(shí)現(xiàn)更高的功率級(jí)別，我們則把這樣的Boost電路的芯片稱為Boost控制器，如圖6.3所示。

同步Boost和非同步Boost都是DC-DC升壓電路，它們都能夠?qū)⒌碗妷荷叩捷^高電壓。它們之間的區(qū)別在于控制方式和效率。跟Buck一樣，Boost也有用MOSFET替代二極管來應(yīng)對(duì)更高功率場(chǎng)景的。

（1）控制方式

同步Boost電路在電路中添加同步開關(guān)管，與電感共同完成能量轉(zhuǎn)換。非同步Boost電路只有一個(gè)開關(guān)管，它通過開關(guān)管和電感的關(guān)系來控制電能的儲(chǔ)存和輸出。

（2）效率

同步Boost電路的效率一般比非同步Boost電路高，因?yàn)橥紹oost電路的同步開關(guān)管可以減少開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的能量損失，從而提高轉(zhuǎn)換效率。

然而，同步Boost電路的成本相對(duì)較高，而且對(duì)于高功率應(yīng)用來說，同步開關(guān)管需要承受更大的電流和電壓，這也會(huì)導(dǎo)致一定的損耗和熱量產(chǎn)生。因此，對(duì)于一些低功率應(yīng)用，非同步Boost電路可能更為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。

同步Boost和非同步Boost各有其適用場(chǎng)景。需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇適合的電路。非同步Boost電路和非同步Buck一樣，有一個(gè)二極管進(jìn)行續(xù)流，如圖6.4所示，左圖為變換器，右圖為控制器。

在同步Boost電路中，使用MOSFET代替二極管。因此，需要一個(gè)額外的柵極驅(qū)動(dòng)器用于同步MOSFET，如圖6.5所示。

我們以非同步Boost電路為例，基本工作過程如下：

（1）在電路的輸入端（Vin）輸入低電壓直流電源。

（2）輸入電壓進(jìn)入開關(guān)管，開始充電。同時(shí)，電感中的電流也開始增加，儲(chǔ)存電能。

（3）當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，電感中的電流將繼續(xù)流動(dòng)，并通過二極管輸出到電容上。在這個(gè)過程中，電容被充電，使輸出電壓逐漸升高。

（4）當(dāng)輸出電壓升高到一定程度后，電路中的反饋控制電路將通過反饋信號(hào)控制開關(guān)管的開關(guān)頻率和占空比，以使輸出電壓保持穩(wěn)定。

（5）在電路的輸出端接上負(fù)載，電路會(huì)不斷監(jiān)測(cè)輸出電壓，并通過反饋控制電路動(dòng)態(tài)調(diào)整開關(guān)管的開關(guān)頻率和占空比，以保證輸出電壓的穩(wěn)定性。

我們重點(diǎn)理解，充電和放電兩個(gè)部分，通過理解充電和放電的過程來理解Boost電路的工作原理和工作過程。

第一部分：充電

如果控制器把MOSFET控制導(dǎo)通。電源對(duì)電感進(jìn)行充電，如圖6.6所示：

圖6.6 當(dāng)MOSFET打開時(shí)，Boost電路的等效電路

當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，電感接地，二極管截止，此時(shí)輸入電源對(duì)電感進(jìn)行充電，電流的方向由左向右流動(dòng)，電感左＋右－，電感兩端電壓即是輸入電壓。

在充電過程中，MOSFET導(dǎo)通，開關(guān)(MOSFET)處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過電感。二極管反向截止，防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。

第二部分：放電

當(dāng)開關(guān)斷開(MOSFET截止)時(shí)的等效電路如圖6.7所示。

當(dāng)開關(guān)斷開(MOSFET截止)時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。

說起來升壓過程就是一個(gè)電感的能量傳遞過程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

在Boost電路中，當(dāng)MOSFET打開時(shí)，電感電流持續(xù)增加，當(dāng)MOSFET關(guān)閉時(shí)，電感電流持續(xù)減少，如圖6.8所示。

當(dāng)開關(guān)管不導(dǎo)通的時(shí)候，此時(shí)電感已經(jīng)被沖上電 ，由楞次定理可知，此時(shí)電感的電流不會(huì)立即減小到0，電流的方向依然由左向右，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后就存在導(dǎo)通壓降。電感兩端電壓 ，這個(gè)輸出電壓就是Boost升壓，電感在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感放電，給輸出濾波電容和負(fù)載充電。

開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存;開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個(gè)方面著手：盡可能降低開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能;盡可能降低負(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)回路的損耗最低;盡可能降低控制電路的消耗，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)換來說，控制電路的消耗某種意義上是浪費(fèi)掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。

同步Boost電路中，死區(qū)時(shí)間是指在同步開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)閉時(shí)，為了避免兩個(gè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致的瞬態(tài)過流和損耗，需要設(shè)置兩個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通之間的時(shí)間間隔，稱為死區(qū)時(shí)間，如圖6.9中的td1和td2。

死區(qū)時(shí)間也可以稱為交叉導(dǎo)通時(shí)間或交叉關(guān)閉時(shí)間。通常，同步Boost電路的死區(qū)時(shí)間設(shè)置為幾十納秒到幾微秒之間，與輸入電壓和溫度都有關(guān)系，如圖6.10所示?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)或模擬計(jì)算的方式，確定合適的死區(qū)時(shí)間，并在電路中設(shè)置對(duì)應(yīng)的死區(qū)時(shí)間控制電路，來保證電路的穩(wěn)定性和效率。

死區(qū)時(shí)間的設(shè)置需要考慮多方面因素，如開關(guān)管的響應(yīng)時(shí)間、電感電流的變化速率、電容電壓的變化速率等。死區(qū)時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致交叉導(dǎo)通或交叉關(guān)閉，造成開關(guān)管損壞和電路不穩(wěn)定；死區(qū)時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致電路效率降低和電磁干擾的增加。