Boost型变换器的结构及原理.pdf

Boost型变换器是一种非隔离型的直流-直流变换器（DC-DC converter），在电力电子学中被广泛应用。它能够实现从较低的输入电压升压至较高的输出电压，其工作原理涉及到电感和电容的基本储能特性，即电感的电流连续性和电容的电压稳定性。接下来将对Boost变换器的结构、原理、换流状态和应用领域进行详细介绍。 Boost变换器的基本电路结构包括输入电源、开关管（通常是晶体管）、二极管、储能电感、储能电容以及负载。其工作过程分为通态（导通状态）和断态（截止状态）两个阶段。 在通态阶段，开关管导通，输入电压加在电感两端，电流线性增长，同时电感储存能量；输出电容向负载提供能量，保持输出电压稳定。 在断态阶段，开关管关断，此时电感两端出现反电动势，电感开始向电容和负载释放能量，直到下一个通态阶段开始。由于电感具有连续电流的特性，其在断态期间向电容充电，有助于维持输出电压的稳定。 Boost变换器的输出电压Uo与输入电压E、通态时间ton和断态时间toff之间的关系由以下公式给出： \[ U_o = E \times \frac{T}{toff} \] 其中，T为一个周期的总时间，ton为通态时间，toff为断态时间。由此可以得出，只要断态时间toff大于零，输出电压Uo总是高于输入电压E，即实现了电压的升压功能。 变换器的升压比a定义为输出电压Uo与输入电压E之比，即： \[ a = \frac{U_o}{E} \] 升压比的倒数b为： \[ b = \frac{toff}{T} \] 因此，输出电压与输入电压之间的关系还可以表达为： \[ U_o = E \times \left(1 + \frac{1}{b}\right) \] Boost变换器的换流状态是指变换器在工作过程中，开关管和二极管的不同通断组合所形成的状态。文档中提到的换流状态包括开关管导通时电感储能状态、开关管关断时电感向负载和电容供电的状态，以及电流连续或断续时的不同工作状态。 电流连续是指在开关周期内，电感中流过的电流始终不降为零；电流断续则是指电感电流会在某一时刻降为零。电流连续和电流断续的情况，分别对应变换器在不同工作条件下的换流电路和波形。 在实际应用中，Boost变换器不仅可以用作直流电动机传动和再生制动时的能量回馈，还可以用于功率因数校正（PFC）电路。功率因数校正电路能够改善电网的电力品质，减少谐波污染，是一种非常重要的电子节能技术。 此外，Boost变换器也可作为其他交直流电源中的升压环节，例如用于太阳能电池板的电压提升，以适应不同类型负载的需求。 在分析DC-DC变换器时，通常假定变换器为理想状态，即满足以下理想条件：开关管和二极管的瞬间通断没有损耗，电容和电感为无损耗的理想储能元件，线路阻抗为零，且开关频率足够高，以便在一个开关周期内忽略各种动态过程。 以上是Boost型变换器的基本知识点介绍。通过上述内容，我们可以看到Boost变换器以其简单的结构和有效的能量转换功能，在现代电力电子设备中扮演着重要角色。其工作原理和应用方面的知识点，不仅为电力电子工程师所熟悉，也是学习电力电子技术的基础。