Boost電路的基本原理
開(kāi)關(guān)電源最常見(jiàn)的三種結(jié)構(gòu)布局是降壓（buck）、升壓（boost）和降壓–升壓（buck-boost），這三種布局都不是相互隔離的。
今天介紹的主角是boost升壓電路，the boost converter（或者叫step-up converter），是一種常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它可以使輸出電壓比輸入電壓高。
Boost電路是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它能夠使輸出電壓高于輸入電壓。在電子電路設(shè)計(jì)當(dāng)中算是一種較為常見(jiàn)的電路設(shè)計(jì)方式。
首先，你需要了解的基本知識(shí)：
電容阻礙電壓變化，通高頻，阻低頻，通交流，阻直流；
電感阻礙電流變化，通低頻，阻高頻，通直流，阻交流；
假定那個(gè)開(kāi)關(guān)（三極管或者M(jìn)OS管）已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。
下面要分充電和放電兩個(gè)部分來(lái)說(shuō)明這個(gè)電路。
充電過(guò)程：
在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如上圖，開(kāi)關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(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。
放電過(guò)程：
如上圖，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）時(shí)的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（三極管截止）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(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)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(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)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(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。
如果這個(gè)通斷的過(guò)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。
給Boost電路加保護(hù)電路
Boost電路作為一種非隔離的升壓電路，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易設(shè)計(jì)，成本低廉，被廣泛應(yīng)用于各種不需要隔離的升壓場(chǎng)合，特別是有源PFC電路中應(yīng)用最為廣泛。
較于BUCK或其他的隔離電路，BOOST電路的保護(hù)似乎更麻煩。
對(duì)于一般的保護(hù)電路而言，當(dāng)輸入欠壓，過(guò)壓，輸出過(guò)流，短路，過(guò)壓，過(guò)溫度的時(shí)候，我們會(huì)要求電路會(huì)自動(dòng)關(guān)閉輸出，或?qū)崿F(xiàn)打嗝式的保護(hù)，以利于后面的負(fù)載或電路受到及時(shí)的保護(hù)，避免損壞；
但對(duì)于BOOST電路而言，因升壓電感，輸出整流二極管是串聯(lián)在輸入與輸出的回路中，即使是完全關(guān)閉MOSFET的驅(qū)動(dòng)，輸出也會(huì)有一個(gè)比輸入電壓低電感直流壓降跟二極管正向?qū)▔航档碾妷?，這也就是說(shuō)不能完全關(guān)閉輸出，沒(méi)有達(dá)到我們想要的保護(hù)效果。
下面有幾種解決方案，可以用來(lái)給BOOST電路保護(hù)。
① 可以在輸入端加MOS作關(guān)斷保護(hù)。這個(gè)是一種很好的方法，但MOSFET的控制比較復(fù)雜，而且需要高電壓大電流的MOSFET，這樣會(huì)增大系統(tǒng)的成本，而且會(huì)降低可靠性。
其結(jié)果是輸入端的電壓相對(duì)低些，而且加在輸入端更方便實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減小對(duì)MOS的沖擊。但是由于輸出端電流更小，加在輸出端MOS功耗更小一點(diǎn)。
② 對(duì)類似產(chǎn)品，日本有要求輸出端必須有保險(xiǎn)裝置，通常是加可恢復(fù)保險(xiǎn)絲。
可恢復(fù)的保險(xiǎn)絲說(shuō)白了就是PTC，不適合大功率場(chǎng)合，而且會(huì)產(chǎn)生大量的損耗，把保險(xiǎn)裝置加在輸出端比加在輸入端損耗相對(duì)小些，而且這種方式成本更低，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
③ 可以用在母線上串接繼電器的方式，在關(guān)掉MOS的同時(shí)，同步切斷繼電器，使得主回路斷開(kāi)就可以切斷電流回路，進(jìn)一步保護(hù)二極管。繼電器是一個(gè)常見(jiàn)的保護(hù)方法，但也有壽命短，且在開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)容易打火等缺點(diǎn)。
④ 如果不考慮成本和復(fù)雜性的話，完美的保護(hù)電路一定可以做的出來(lái)！但實(shí)際上，輸出短路是個(gè)例，為這個(gè)“意外”花過(guò)多的成本非常不值得。
1、Vin端的Fuse必須要有，防止MOS擊穿造成安全隱患。
2、輸出短路時(shí)，受大電流沖擊的脆弱部件需要加強(qiáng)（圖中的Rsense )。
3、BOOST輸出電流通常遠(yuǎn)小于輸入電流，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于短路時(shí)的大電流，因此使用PPTC（自恢復(fù)保險(xiǎn)絲）是可行的。PPTC動(dòng)作電流可取輸出電流的2~3倍，正常時(shí)，PPTC損耗非常小。
4、Boost使能腳EN電壓由輸出取，一但短路后，EN=0V（電壓降在PPTC上），IC立即停止工作，輸出電壓降低到約等于輸入電壓，可以減小短路保護(hù)后的功耗，同時(shí)也降低PPTC兩端的電壓，來(lái)降低PPTC的功耗。
5、當(dāng)輸出短路排除后，由于PPTC的存在，EN重新得電,IC啟動(dòng)，BOOST重新工作。
目前比較少人關(guān)注這一塊，即使是目前各大廠商推出的PFC電路，只要后級(jí)一短路，后果都可想而知。保護(hù)最安全的方法是切斷輸入，目前的開(kāi)關(guān)器件有三極管，MOSFET，IGBT，繼電器，接觸器等，不同的開(kāi)關(guān)器件有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。
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