Boost电路又称为升压斩波电路（Boost Chopper），是一种典型的直流变换电路。这种电路广泛应用于开关电源、直流电机传动、光伏发电系统以及电动汽车的驱动控制等领域。
1 Boost电路原理
图1是Boost电路的原理图，从图中可以看出，该电路由开关管VQ、电感L、滤波电容C、二极管VD和负载R组成。其中开关管VQ的控制端需要输入驱动信号来控制其导通和截止，工程应用中驱动信号通常采用PWM的方式来实现。
图1 Boost电路拓扑结构图
当控制端的输入信号
为高电平时，此时开关管VQ导通，相当于短路，其等效电路如图2所示。通过电路可以看出，此时输入电压
给电感L充电，需要注意这时电感两端电压
的极性为左正右负，并且随着时间的增加，电感上的电流
（即输入电流
）不断增大。此时二极管VD反向截止，相当于断路。而此时的电容C向负载R放电，随着时间的增加，电容C两端的电压
（即输出电压
）在不断减小。
图2 Boost电路VQ导通时等效电路图
当控制端的输入信号
为低电平时，此时开关管VQ截止，相当于断路，其等效电路如图3所示。此时电感L两端电压
的极性变为右正左负，使得VD导通，电感放电，且随着时间的增加，电感上的电流
（即输入电流
）不断减小。这时输入电压
和电感L上的电压叠加起来，一起给电容C充电，同时给负载R供电。随着时间的增加，电容C两端的电压
（即输出电压
）在不断增加。
图3 Boost电路VQ截止时等效电路图
通过给开关管输入PWM控制脉冲，VQ的开关状态不断变化，重复着上述过程，最终使得电路的输出电压高于输入电压。Boost电路的工作波形如图4所示。
图4 Boost电路工作波形图
2 Boost电路的工作模式
Boost电路根据电感上的电流
是否连续分为三种工作模式，分别是连续导通模式（Continuous Conduction Mode，CCM）、临界导通模式（Boundary Conduction Mode，BCM）和非连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）。为了深入研究Boost电路这三种工作模式的原理，先介绍两个概念：纹波电流和电流平均值。
（1）输入信号的纹波电流
纹波电流通常用峰峰值来表示，即
（有时纹波电流也可以用峰峰值的一半来表示，即
）
（2）波动电流的平均值
注： 式中
表示在
周期内输入电流
与t轴围成图象的面积
。（图5 红色线围成的区域）
2.1 CCM连续导通模式
图5 Boost电路CCM模式下电感电流波形图
通过图5可以看出，Boost电路工作在CCM模式时
。此时一个周期内的
由一个矩形和一个三角形组成，即：
CCM模式下纹波电流
为：
CCM模式下波动电流的平均值
为：
上式可以说明
到
的距离和
到
的距离相等，即
。若想让Boost电路工作在CCM模式，须保证
，也就是要保证
大于
。
综上所述，Boost电路工作在CCM模式下需要满足的条件为：
2.2 BCM临界导通模式
图6 Boost电路BCM模式下电感电流波形图
通过图6可以看出，Boost电路工作在CCM模式时
。此时一个周期内的
由一个三角形组成，即：
BCM模式下纹波电流
为：
BCM模式下波动电流的平均值
为：
上式同样可以说明
到
的距离和
到
的距离相等，即
。若想让Boost电路工作在BCM模式，须保证
，也就是要保证
等于
。
由于
，所以Boost电路工作在BCM模式下需要满足的条件为：
2.2 DCM非连续导通模式
图7 Boost电路DCM模式下电感电流波形图
通过图7可以看出，Boost电路工作在DCM模式时
，此时一个周期内的
由一个三角形组成，但是该三角形的底边长为
，且有
，即：
DCM模式下纹波电流
和BCM模式一样：
DCM模式下波动电流的平均值
为：
在DCM模式下
到
的距离和
到
的距离并不相等，从图中可知
，即
。由此可以看出， 若想让Boost电路工作在DCM模式，需要保证
小
。
综上所述，Boost电路工作在DCM模式下需要满足的条件为：
2.3 小结
（1）当
时，Boost电路工作在连续导通模式（CCM）
（2）当
时，Boost电路工作在临界导通模式（BCM）
（3）当
时，Boost电路工作在非连续导通模式（DCM）
3 Boost电路在CCM模式下的元件参数设计
Boost电路通常工作在CCM模式下，所以本文主要研究CCM模式下Boost电路的元件参数设计。为了更好的表述和理解，首先对以下变量进行说明：
和
表示输入和输出的直流电压，
表示电感L上的电压，
和
表示输入和输出的直流电流，
和
表示输入和输出的功率；
表示控制信号的周期，
表示控制信号高电平持续的时间，
则表示控制信号低电平持续的时间，D表示控制信号高电平的占空比。
（1）输入电压
与输出电压
的关系
由于电感上的能量遵循守恒原则，即吸收的能量等于释放的能量，如图4（d）所示。根据伏秒平衡公式可得：
（2）输入电流
与输出电流
的关系
假设电路工作在理想状态下电路无损耗，即：
3.1 储能电感L的参数设计
（1）求电感上的纹波电流
已知电感的VCR：
① 在
时间内，由图4（d）所示
此时
与
方向关联，有：
② 在
时间内，由图4（d）所示
此时
与
方向非关联，有：
综上所述，在CCM模式下电感上的纹波电流
为：
（2）通过上述分析可知，CCM模式下电感上的纹波电流
为：
而电感上的电流
就是输入电流
：
另外，根据第3节对Boost电路工作模式的分析可知，在CCM模式下有：
则有：
由此得出，要使Boost电路工作于CCM模式下，其电感L的取值必须满足下述条件：
（注意：上式中的
表示Boost电路的最大输出功率）
（3）设计Boost电路电感L的参数时，不仅要考虑电路的工作模式，还要考虑电流的纹波率
，电感电流的纹波率：
已知：
所以：
若电路的电流纹波率要满足：
，则有：
比较上面两个电感L的取值条件，由于纹波率指标
通常都小于1，所以在CCM模式下电感L的取值只需要考虑纹波率指标即可。即Boost电路工作在CCM模式下，且纹波率要小于
时，电感L的取值需满足的条件为：
（4）令：
当
时，
取得最大值，即：
要满足
，只需满足
即可，因此当D可以取到1/3时电感L的取值需满足的条件为：
（5）综上所述，Boost电路工作在CCM模式下，且电流纹波率小于
时，电感L的取值需满足：
特别的，当占空比D可以取1/3时，电感L的取值需满足的条件又可以表述为：
3.2 输出滤波电容C的参数设计
相对于储能电感的参数设计，输出滤波电容的参数设计要简单一些，只需要考虑输出电压纹波率的指标
即可。
首先求输出滤波电容C上的纹波电压
，已知输出滤波电容的VCR：
代入参数可得：
所以：
要求输出电压纹波率小于
，即：
综上所述，Boost电路在满足输出电压纹波率小于
时，输出滤波电容C的取值需满足的条件为：
3.3 输入滤波电容Cs的参数设计
Boost电路的输入滤波电容可按照如下公式计算：
其中
是输入信号的纹波电压，而
是输入电压的纹波率：
其中
是输入信号的纹波电流：
3.4 小结
要求Boost电路工作在CCM模式，且要求电流纹波率小于
，输出电压纹波率小于
，输入电压纹波率小于
时，其储能器件的参数设计所需满足的条件如下：
（1）储能电感L的参数选取：
特别的，当电路的占空比D可以取值1/3时，上式可写为：
（2）输出滤波电容C的参数选取：
（3）输入滤波电容Cs的参数选取：
Boost电路又称为升压斩波电路（Boost Chopper），是一种典型的直流变换电路。这种电路广泛应用于开关电源、直流电机传动、光伏发电系统以及电动汽车的驱动控制等领域。
1 Boost电路原理
图1是Boost电路的原理图，从图中可以看出，该电路由开关管VQ、电感L、滤波电容C、二极管VD和负载R组成。其中开关管VQ的控制端需要输入驱动信号来控制其导通和截止，工程应用中驱动信号通常采用PWM的方式来实现。
图1 Boost电路拓扑结构图
当控制端的输入信号
为高电平时，此时开关管VQ导通，相当于短路，其等效电路如图2所示。通过电路可以看出，此时输入电压
给电感L充电，需要注意这时电感两端电压
的极性为左正右负，并且随着时间的增加，电感上的电流
（即输入电流
）不断增大。此时二极管VD反向截止，相当于断路。而此时的电容C向负载R放电，随着时间的增加，电容C两端的电压
（即输出电压
）在不断减小。
图2 Boost电路VQ导通时等效电路图
当控制端的输入信号
为低电平时，此时开关管VQ截止，相当于断路，其等效电路如图3所示。此时电感L两端电压
的极性变为右正左负，使得VD导通，电感放电，且随着时间的增加，电感上的电流
（即输入电流
）不断减小。这时输入电压
和电感L上的电压叠加起来，一起给电容C充电，同时给负载R供电。随着时间的增加，电容C两端的电压
（即输出电压
）在不断增加。
图3 Boost电路VQ截止时等效电路图
通过给开关管输入PWM控制脉冲，VQ的开关状态不断变化，重复着上述过程，最终使得电路的输出电压高于输入电压。Boost电路的工作波形如图4所示。
图4 Boost电路工作波形图
2 Boost电路的工作模式
Boost电路根据电感上的电流
是否连续分为三种工作模式，分别是连续导通模式（Continuous Conduction Mode，CCM）、临界导通模式（Boundary Conduction Mode，BCM）和非连续导通模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）。为了深入研究Boost电路这三种工作模式的原理，先介绍两个概念：纹波电流和电流平均值。
（1）输入信号的纹波电流
纹波电流通常用峰峰值来表示，即
（有时纹波电流也可以用峰峰值的一半来表示，即
）
（2）波动电流的平均值
注： 式中
表示在
周期内输入电流
与t轴围成图象的面积
。（图5 红色线围成的区域）
2.1 CCM连续导通模式
图5 Boost电路CCM模式下电感电流波形图
通过图5可以看出，Boost电路工作在CCM模式时
。此时一个周期内的
由一个矩形和一个三角形组成，即：
CCM模式下纹波电流
为：
CCM模式下波动电流的平均值
为：
上式可以说明
到
的距离和
到
的距离相等，即
。若想让Boost电路工作在CCM模式，须保证
，也就是要保证
大于
。
综上所述，Boost电路工作在CCM模式下需要满足的条件为：
2.2 BCM临界导通模式
图6 Boost电路BCM模式下电感电流波形图
通过图6可以看出，Boost电路工作在CCM模式时
。此时一个周期内的
由一个三角形组成，即：
BCM模式下纹波电流
为：
BCM模式下波动电流的平均值
为：
上式同样可以说明
到
的距离和
到
的距离相等，即
。若想让Boost电路工作在BCM模式，须保证
，也就是要保证
等于
。
由于
，所以Boost电路工作在BCM模式下需要满足的条件为：
2.2 DCM非连续导通模式
图7 Boost电路DCM模式下电感电流波形图
通过图7可以看出，Boost电路工作在DCM模式时
，此时一个周期内的
由一个三角形组成，但是该三角形的底边长为
，且有
，即：
DCM模式下纹波电流
和BCM模式一样：
DCM模式下波动电流的平均值
为：
在DCM模式下
到
的距离和
到
的距离并不相等，从图中可知
，即
。由此可以看出， 若想让Boost电路工作在DCM模式，需要保证
小
。
综上所述，Boost电路工作在DCM模式下需要满足的条件为：
2.3 小结
（1）当
时，Boost电路工作在连续导通模式（CCM）
（2）当
时，Boost电路工作在临界导通模式（BCM）
（3）当
时，Boost电路工作在非连续导通模式（DCM）
3 Boost电路在CCM模式下的元件参数设计
Boost电路通常工作在CCM模式下，所以本文主要研究CCM模式下Boost电路的元件参数设计。为了更好的表述和理解，首先对以下变量进行说明：
和
表示输入和输出的直流电压，
表示电感L上的电压，
和
表示输入和输出的直流电流，
和
表示输入和输出的功率；
表示控制信号的周期，
表示控制信号高电平持续的时间，
则表示控制信号低电平持续的时间，D表示控制信号高电平的占空比。
（1）输入电压
与输出电压
的关系
由于电感上的能量遵循守恒原则，即吸收的能量等于释放的能量，如图4（d）所示。根据伏秒平衡公式可得：
（2）输入电流
与输出电流
的关系
假设电路工作在理想状态下电路无损耗，即：
3.1 储能电感L的参数设计
（1）求电感上的纹波电流
已知电感的VCR：
① 在
时间内，由图4（d）所示
此时
与
方向关联，有：
② 在
时间内，由图4（d）所示
此时
与
方向非关联，有：
综上所述，在CCM模式下电感上的纹波电流
为：
（2）通过上述分析可知，CCM模式下电感上的纹波电流
为：
而电感上的电流
就是输入电流
：
另外，根据第3节对Boost电路工作模式的分析可知，在CCM模式下有：
则有：
由此得出，要使Boost电路工作于CCM模式下，其电感L的取值必须满足下述条件：
（注意：上式中的
表示Boost电路的最大输出功率）
（3）设计Boost电路电感L的参数时，不仅要考虑电路的工作模式，还要考虑电流的纹波率
，电感电流的纹波率：
已知：
所以：
若电路的电流纹波率要满足：
，则有：
比较上面两个电感L的取值条件，由于纹波率指标
通常都小于1，所以在CCM模式下电感L的取值只需要考虑纹波率指标即可。即Boost电路工作在CCM模式下，且纹波率要小于
时，电感L的取值需满足的条件为：
（4）令：
当
时，
取得最大值，即：
要满足
，只需满足
即可，因此当D可以取到1/3时电感L的取值需满足的条件为：
（5）综上所述，Boost电路工作在CCM模式下，且电流纹波率小于
时，电感L的取值需满足：
特别的，当占空比D可以取1/3时，电感L的取值需满足的条件又可以表述为：
3.2 输出滤波电容C的参数设计
相对于储能电感的参数设计，输出滤波电容的参数设计要简单一些，只需要考虑输出电压纹波率的指标
即可。
首先求输出滤波电容C上的纹波电压
，已知输出滤波电容的VCR：
代入参数可得：
所以：
要求输出电压纹波率小于
，即：
综上所述，Boost电路在满足输出电压纹波率小于
时，输出滤波电容C的取值需满足的条件为：
3.3 输入滤波电容Cs的参数设计
Boost电路的输入滤波电容可按照如下公式计算：
其中
是输入信号的纹波电压，而
是输入电压的纹波率：
其中
是输入信号的纹波电流：
3.4 小结
要求Boost电路工作在CCM模式，且要求电流纹波率小于
，输出电压纹波率小于
，输入电压纹波率小于
时，其储能器件的参数设计所需满足的条件如下：
（1）储能电感L的参数选取：
特别的，当电路的占空比D可以取值1/3时，上式可写为：
（2）输出滤波电容C的参数选取：
（3）输入滤波电容Cs的参数选取：
举报
