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实际应用中,boost电路占空比不能接近1(不能像理论中一样无限升压)原因是? 第1页

  

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pwm占空比到不了1,开关管开通关断都需要时间,器件也有耐压。


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有点惊讶,这个基础问题下没有看到一个言简意赅的靠谱回答。 @xzb@Lynn 的答案都存在部分可取之处,不过在我看来都显得有些舍近求远了,既然认可增益公式M(D)的导出依赖伏秒平衡和安秒平衡,没必要再从能量,损耗,效率等角度切入,把简单问题复杂化,也不能接近其数理本质。

为了避免歧义,假设分析前提都是ccm模式,花了3分钟翻了下书:


理想boost变换器

对于绝对理想的boost变换器,电路进入稳态以后,根据电感电压与电容电流的伏秒平衡和安秒平衡(不熟悉伏秒平衡和安秒平衡推导过程的小伙伴请自行复习《电力电子技术》本科生课本,阮新波主编,或徐德鸿主编)可知,输出电压V/输入电压Vg的增益M,随占空比D的关系如下:

根据公式和增益图线可知,对于理想boost,只要占空比不停增大接近1,就可以实现无限的升压,这是完全正确的,在仿真中也是可以验证的。

但对于实际的电路来说,这一点是无法实现的,最主要的原因是什么呢?

非理想boost变换器

我们考虑在理想boost模型中给电感L串入一个电阻RL,用以代表输入支路和电感的总等效电阻RL

对其重新进行开关的伏秒平衡与安秒平衡分析,如下:

可以推得如下增益关系式:

画出对应的增益曲线如下,可知:

当RL存在时,增益已经不再单调,而是存在极大值点,且该点增益与RL和负载R相对大小有关,此处的占空比D<1。

进一步思考

仿照上面的思路,给boost变换器继续加入开关管Rds(on)和二极管导通压降,可以得到更精确的M(D)增益曲线和公式。建模越精确,一定越接近实际的实验结果,此处不再做具体展开。

参考文献

Fundamentals of Power Electronics, Third Edition, Robert W. Erickson, 2020




  

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