升压转换器的工作原理
升压转换器是一种开关电源,由两个有源半导体元件(一个二极管和一个晶体管或MOSFET)以及某些储能元件(包括一个电容器和一个电感器)组成(参见图 1 中的基本原理图)。
为了降低电压纹波,可以在转换器的输出端添加由电容器组成的滤波器。电压增益取决于占空比、电感器的值、输入电压、开关周期和输出电流。
在系统中,开关元件有两种不同的逻辑状态:
在导通状态下,MOSFET 关闭,电感上的电流增加。
在关闭状态下,MOSFET 处于打开状态,电感电流流过二极管、电容器和负载。
如果开关元件工作得非常快,电感器不会完全放电,即使 MOSFET 处于打开状态,也始终会有一个高于输入电压的电压。在关闭时间内,阻塞二极管会阻止电容器通过 MOSFET 放电。所述整个过程必须非常快速地执行。
设计的 boost 模型
我们的DC/DC升压器必须具有以下电气特性:
输入电压: 12V DC
输出电压:24V DC
输出功率:150W
开关频率:30kHz。
理论上,可以使用两个串联的 12 V DC电池。但是,系统的尺寸、重量和成本将大幅增加。开关频率超出人类听觉阈值,避免产生任何啸叫声。我们将使用在线计算器,它可以生成完整的摘要,显示电路的所有主要特性。
在线计算器
升压电路的质量取决于许多因素。首先,我们使用的 SiC MOSFET 和 SiC 肖特基二极管的类型。元件的尺寸非常复杂,必须包括许多行为,包括静态和动态行为。为了方便设计师的工作,有许多在线工具和计算器可以帮助计算接线图中使用的元件。
其中之一就是 Cree 子公司 Wolfspeed 提供的强大的“SpeedFit 2.0 设计模拟器”。该计算器可使用,请访问 www.wolfspeed.com/speedfit获取。
该工具将电源设计分为几个步骤,包括:
转换器类型的选择(DC/DC、AC/DC、DC/AC)。
输入数据(电压、功率和开关频率)和子类别的选择(此选择还显示框图)。
选择 SiC 器件(MOSFET、二极管和任何其他模块)。
系统热参数的选择(散热器的信息,如绝缘、温度、热阻、时间常数、环境温度和任何额外的热源)。
执行模拟,其中显示所选组件的值以及电压和电流的图表。