文章目錄
背景
BOOST原理詳解
原理圖
元件分析
計算過程
電感選擇
電容選擇
實際設計
需求分析
參數計算
電路基本結構圖
電感選擇
輸出紋波小於1%
輸出電阻的選擇
開關管的選擇
開關管前級電路設計
阻恢復的二極管的選擇，其即肖特基二極管
mos管前級的高速開關二極管的選擇
24V輸入濾波即穩壓
設定突然斷電情況下，柵源電容的釋放回路
前級驅動電路結構圖
圖騰柱電路
圖騰柱電路設計相關
電路圖
工作原理
stm32 控制部分
關於更多mosfet 的資料請參考下面的連接
2018 年測試的一些結果
背景
為了准備后面的面試，對之前所設的一款BOOST電路進行詳細參數如何計算以及如何確定每一個參數的選擇的方案，進行復習，以應對面試過程中的各種問題。
BOOST原理詳解
原理圖
元件分析
L::儲能電感，指的是電能與磁場能相互轉換的能量轉換器件; 在MOS開關管閉合的時間里，電感能夠把電能轉化成磁場能，並加以儲存，而MOS斷開之后，電感又能夠將儲存好的磁場能轉化成為電場能，並且能夠讓這個能量在與輸入電源電壓疊加之后，通過二極管以及電容的濾波，從而得到平滑的
直流電壓提供給負載，在這個過程中，電壓是輸入電源電壓和電感的磁場能轉換成電能的疊加之后才形成的，也正是因為這樣，輸出電壓才會高於輸入電壓，完成升壓過程。
D: 肖特基二極管，主要作用就是隔離，其在mos管閉合時，其正極電壓高於負極電壓，形成反偏的戒指狀態，此時的電感的儲能過程不影響輸出回路。
計算過程
開關管導通的時候：
開關管截止的時候
工作在CCM的時候 兩者相等，得出，輸出與輸出關系
電感選擇
一個默認的思路：通常設計的電源都認為其工作在連續電流模式下
因此，臨界電流Iob
所以可得到出L的計算方案，其對於連續狀態下，最小為多少。
電容選擇
電容的選擇一般基於輸出電壓紋波所進行計算的。
如上主要敘述了幾個重點的BOOST電路中最常用的參數應該如何計算
實際設計
需求分析
本BOOST升壓電路的主要的作用是用於控制一個負離子源腔體內的真空氣壓的變化。其通過控制腔體的接口的壓電閥（控制開口的大小而控制腔體內其體流入的大小，從而控制氣壓的變化）
壓電閥的基本控制資料如下：
根據上面的資料可得，其控制的電壓的工作的范圍是0-100V，輸入的電流的驅動不超過10UA。，繼續參考詳細的資料可得，對於壓電閥的控制，可以通過調整旋鈕，進行壓電閥的開啟電壓的控制。
但是它通常都在20-30V，因此，相對較大的輸出的電壓的變化范圍，一般來說，通常情況下，對於DCDC來說，其升壓的范圍一般不超過5倍，因此，在此處，我選擇5倍的輸出。 所設計的輸出的電壓的大小為標准的24V，因此，我們輸出的電壓的最小為24V，最大為120V。 為了調整我們輸出的范圍，我們的應當設定可變化的占空比的大小。
1. 電壓變化范圍24V–100V
2. 電流不超過10ua
3. 閉環控制,采樣輸出電壓大小0-2V
參數計算
仔細考慮下，關於PEV這個東西，其所需求的電壓是100V，而其所得到的驅動的電流的大小缺不超過10Ua，可以認為其電阻的大小至少為1Mohms,相對比較大，因此，在此處就不考慮PEV部分的負載
電路基本結構圖
電感選擇
臨界電流的大小，不能夠選擇太小，因此，我們首先選擇了大功率電阻的輸出負載電阻，用於實現對於對電阻的分壓以及輸出電壓的采樣，選擇電阻的大小為5.1K和100ohms，此時，對於100V的電壓的分壓，其被壓縮到0-2V內，以便STM32的片上的AD進行實際的采樣。STM32 設定輸出得開關頻率得大小為80Khz
輸出占空比得變化得范圍可以在0-0.76.
因此，我們可以得到輸出的負載的電流的大小變化范圍
當輸出電壓為24V時，24/5.2K=4.6mA
當輸出電壓為100V時，100/5.2K=19.23mA
因此，我們得:
由於VS 不發生變化，因此，當D為0.5 時，其具有最大值，此時計算得L=8mH
因此，取了一定得裕度選擇10mH得電感。
關
輸出紋波小於1%
根據公式：
我們采用的STM32F03RC系列，其輸出的PWM的工作頻率，目前設定80KHz.
當D 取最大得時候，上面得式子中，右側最大。
帶入計算如下，可得C應當至少為0.18uf
我們可以得出上面得結果，其中電源的數值相對較小，但是，由於我們得開官頻率相對較高，所以，以至於我們所取得穩壓得電容相對較小。 但是同時考慮到了耐壓等各種參數，我們的電容C可以選擇更加大一點，此處和可以選擇4.7uf
同時，我們也要考慮到，我們輸出電容的耐壓問題等等，因此此處選擇：
輸出電阻的選擇
此處，則主要需要考慮的功率的問題：
P=U^2/R = 10000/5200=1.9W, 因此，我們需要選擇功率更大的金屬膜電阻，
開關管的選擇
主要考慮如下幾個因素：
耐壓
控制頻率
柵極電壓
導通電阻（與效率相關）
選擇的IRF640N
其耐壓可達到400V,能夠滿足需求：
其導通電阻僅僅約0.15 ，況且，我們並不需求要求電源的效率。
IRF的導通時間和關斷時間如下：
因此，當我們對選擇80KHz開關頻率來說，無論從哪個方面來說，系統的工作頻率都能夠滿足我們的需求。
開關管前級電路設計
我們驅動電路的電壓為15V，我們選擇限流電阻為15ohms, 以防止其對於柵極與源極的電容燒壞，因此加入前級的限流電阻，此處選擇15ohms，同時也是收到開關頻率的確定。
因此，此時R=1399.3,因此，此時，只要選擇R小於1399 即可在規定80KHz的工作頻率下，完成充電，同時，因此，我們選擇R小於1399ohms。
另外一個算出R的考慮：
由於Ciss 的電容約為1160pf，此時，此時約為1.16nf，如果工作頻率約為80Khz,則對於電阻的充電模型來說，其時間常數t = RC = 1.16*15/1000。 如果選擇5倍時間常數認為其穩定，則此時，t=0.087us，此時，如果選擇5倍的時間常數，此時t為0.4us左右。。。
因此此時，0.4us的時間周期遠遠大於我們設定的工作頻率。
阻恢復的二極管的選擇，其即肖特基二極管
肖特基二極管是以其發明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD）的簡稱。SBD不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管
（1）當然主要考慮的式其反向擊穿電壓能否滿足我們輸出電壓的要求。
（2）同時考慮，導通電流的最大數值
（3）反向恢復時間（后面考慮加上去得）
本電路的輸出的電壓最大為100V
,本問選擇的肖特基二極管為SS2200，查詢其手冊如下：
因此，其反向的耐壓能夠滿足需求。同時其正向導通電流的最大值為2A，同樣也滿足系統的需求
mos管前級的高速開關二極管的選擇
此處主要式提供於快速將柵源之間的定容的電荷泄放掉，即當mos管需要關斷的時候，因此，為了其的選擇，其導通電阻應當盡量的小，同時，同時其具有反向耐壓等導通最大電流都能夠滿足需求。
此處選擇IN4148，根據其手冊如下：
綜合上面的手冊，其反向峰值電壓為75V，在放電的時候mosfet 的gs 的電壓，理論上，最大不超過15V，因此，選擇75V的最大的i電壓理論上可行。
24V輸入濾波即穩壓
在電源的輸入部分，為了防止噪聲的干擾以及系統的穩壓，加入了 低通濾波，同時加入了較大的電容世實現輸出電壓的穩壓。
設定突然斷電情況下，柵源電容的釋放回路
R3 用於斷電的時候柵極電容具有一定的放電放電回路，以防止下一次上電時候，柵極電容提供了導電溝道，導致Id很大，損壞mos管。
因此選擇了10K
前級驅動電路結構圖
圖騰柱電路
SS8050 npn
SS8550 pnp
這兩個管子分別構成圖騰柱電路：
Qn：N BJT
Qp：P BJT
Qmos：待驅動NMOS
Rb：基極電阻
Cb：加速電容
Rc：集電極電阻
Rg：驅動電阻
（1）Cb 是如何加速電容的？ 因為可以將高頻變化的信號不經過Rb,提高驅動頻率.
（2）Rb的作用實現Cb的泄放回路.
在下面一個大節實現對圖騰柱電路的詳細解析
圖騰柱電路設計相關
電路圖
工作原理
一般有npn 和pnp 的管子構成，工作原理就是一個導通一個就會關閉，此時實現輸出電壓的變換，在此處提出如下幾個問題：
（1）開關管輸出電壓的電壓范圍（之前的測量結果感覺也在15V）
（2）pnp的管子是咋工作的
（3）為什么推挽電路的上面沒有接限流電阻
（4) 為什么前級要經過一個共射的
（5）基極的電阻是如何選擇的？
回答上面之前提出的幾點問題
（1）
（2）pnp的管子，同樣遵循發射極正偏，集電極反偏的情況。 那么對於硅管的情況，其導通臨界電壓是0.5~0.7v， 鍺管0.2-0.3
（3） 限流電阻的如果過大，會導致后面的mos管的開通過程變緩慢，影響開通速度。
（4） 提高驅動電壓，否則沒有辦法成功驅動的。
（5) 基極的電阻，主要是限流的作用
stm32 控制部分
PID 閉環部分代碼：
（1）考慮了最大占空比和最小占空比的設定
（2） 額外功能，直接關閉管子
上面的代碼實現的pid 並不好，只是最簡單的一種實現的方式。
最后應當測試初，從24V 上升的到最高的 100V 要多久可以實現？？？
（PID代碼相關）
關於更多mosfet 的資料請參考下面的連接
https://zhuanlan.zhihu.com/p/50357150
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2018 年測試的一些結果
可以才看出，實際的占空比，當后面比較大的時候，電感的發熱上升，導致內部短路，容易燒掉電感
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