1：Boost变换器家族过去的寂寞

2：Boost变换器家族最近的崛起

3：Boost变换器家族未来的前景

特别推荐：

牛人居然把功率MOS剖析成这样，很难得的资料！

牛人再度剖析“二极管”，很难得的资料！

1：2000年前的Boost变换器家族：

--- 在2000年之前是电力电子中研究最少的家族；

--- 只有始祖Boost变换器被业界公认为是AC-DC开关电源产品中前置级PFC最好的功率级拓扑，而被广泛应用；

--- 2000年之前的很长时间内，学术界不关心这个家族，很少有开发人员知道Boost变换器家族中还会有其它成员，

如隔离Boost变换器。

而与之相应的其它两支家族，即Buck变换器家族和Buckboost变换器家族在2000年前且被研究得非常多，有些成员在一定的时期内甚至被暴炒。

Buck变换器的家族：

Buckboost变换器的家族（共四小支）：

2：2000年前的Boost变换器没有家族，显得非常寂寞。

3：2000年前的Boost变换器家族虽然寂寞，但其本身且非常有用，这要归功于类似于IEC1000-3-2这样的谐波标准。

电力电子产品虽然是节能产品，但对电网会带来严重的污染，主要表现在电流谐波大、输入功率因数低两大方面，为了处理电力电子产品的谐波污染和低功率因数，提出了相应的谐波标准，如对开关电源产品，当功率在75W以上时都要满足谐波标准，所以在20世纪80年代初，产生了功率因数校正（PFC）技术，并在这一标准的推动下，形成了Boost PFC这

一业界的PFC平台。

4：为什么选择Boost变换器作为PFC的功率级，而不选用其它的拓扑呢？

下面从Boost变换器的特征给出原因

（1） Boost变换器的稳态电压增益：

（2） Boost变换器的特征：

-- 输出电压高于输入电压；

-- 输入电流连续；

-- 输出电流断续；

-- 开关驱动不需隔离。

-- 输入电流连续可使输入EMI滤波器小；

-- 开关驱动不需隔离，可使控制简化；

-- 输出电压高于输入电压，会使后级DC-DC器件的电压应力较高；

-- 输出电流断续和动态问题，因还有后级DCDC，所以并不要紧。

5：用Boost变换器组成Boost PFC的例子

1：小功率时有：

--- 定占空比DCM Boost PFC，IC可采用UC3842~UC3845最常用的芯片；

--- CCM/DCM边界控制Boost PFC， IC可采用L6561、L6562等；

2：中大功率单相输入时有：

--- 平均电流跟随控制Boost PFC，IC可采用UC3854、UC3818等；

--- 电流箝位控制Boost PFC， IC可采用UC3842~UC3845等；

--- 。。。

3：三相大功率时有：

--- 单开关DCM三相Boost PFC， IC可采用UC3825、UC3525等；

--- 六开关Boost PFC，控制可采用DSP

--- 。。。

1：平均电流跟随控制的Boost PFC 结构框图

（1）：是一种完全的PFC校正控制，通过一个乘法器和电压环实现输出的稳压，正弦的电流环基准，及输入的前馈；用快速的电流环实现输入电流的正弦和单位功率因数；

（2）：BOOST PFC主功率级的工作模式应设计在连续工作模式，由于输入电压的宽范围，事实上它也有小范围的不连续工作模式；

（3）：是一种定频控制；

（4）：传导EMI较小；

（5）：交流输入电流的失真很低；

（6）：控制成本较高；

（7）：BOOST二极管的反向恢复损耗较大。

目前，这种技术较多地用于中大功率的一次电源，小功率领域应用较少。

2：CCM/DCM边界控制的Boost PFC 结构框图

（1）：是一种完全的PFC校正控制，通过一个乘法器和电压环实现输出的稳压，电流比较器的基准；

用电流比较器及滞后控制实现输入电流的正弦和单位功率因数；

（2）：BOOST PFC主功率级的工作模式应设计在连续/断续工作模式，由于输入电压的宽范围，开关

频率的工作范围有限，事实上它也有小范围的不连续工作模式；

（3）：是一种变频控制；

（4）：传导EMI较大；

（5）：交流输入电流的失真很低；

（6）：控制成本较低；

（7）：BOOST二极管无反向恢复问题。

目前，这种技术较多地用于中小功率的工业电源和计算机电源。

3：单相倍压Boost PFC 的结构框图

4：6n次谐波注入三相DCM单开关Boost PFC 的结构框图

5：三相六开关Boost PFC的模拟控制框图– Six Step PWM

6：2000年前的Boost 变换器家族非常寂寞，但要感谢IEC1000-3-2标准，使得Boost变换器一直是一个非常闪耀的明星，它在大部分的AC-DC开关电源中都要用，现在的Boost PFC已成为工业界不可动摇的平台，许多功率器件，如MOSFET和二极管也都是按Boost PFC的输出电压（400V）来选择其额定阻断电压（600V）的，许多后级的DC-DC也都是在这个Boost PFC平台的基础上，无奈地选择多管隔离Buck变换器的，所以当今的AC-DC开关电源，多数情况下可用下列框图表示，这个框图告诉我们AC-DC开关电源中的第一级为Boost PFC，第二级则为多管隔离Buck DC-DC变换器，前者与电网友好、后者与负载友好。

1：Boost变换器家族崛起的原因：

--- 新能源的利用，如燃料电池和太阳能电电池；

由于上述两种能源是可再生能源，目前正在被各国政府大力提倡，但要利用这些可再生能源，就要采用下列框图来实现DC-AC的变换。

上述框图如还采用传统的Boost来升压的话，就会存在下列问题：会因为占空比的极端之大，而使其效率很难优化，原因是高输出电压的要求使得基本Boost变换器中的MOSFET和二极管均需选择高压器件，而很低的输入电压又会使得Boost变换器输入电流的有效值和峰值非常大，这将导致通态电阻较大的高压MOSFET之通态损耗，及因二极管反向恢复引起的MOSFET之开通损耗和大电流峰值下的MOSFET之关断损耗均非常大，所以为了提高这种具有极端占空比要求的升压变换器的效率，希望能够将其的工作占空比控制在合理的范围内。如能找出Boost变换器的一系列隔离版本的话，则就可以对具有大升压比要求的DC-DC，通过设计变压器的变比，来得到最佳的工作占空比范围，以实现最高的变换效率。

2：现在的Boost变换器家族：

--- 现在已有许多大升压比的Boost变换器和隔离Boost变换器方面的研究；

--- 这些Boost变换器都有其始祖所类似的升压特性，有的是隔离的，有的是非隔离的；

--- 目前对隔离Boost变换器还没有非常系统的整理。

下面介绍一些隔离Boost变换器的拓扑，供大家参考。

3：传统的隔离Boost变换器：

隔离Boost变换器#1电流型推挽变换器

隔离Boost变换器#2电流型全桥变换器

隔离Boost变换器#3

将三绕组去磁正激的输入/输出相互交换，有源开关和无源开关也相互交换后所得。

4：作者发展（1996年）的隔离Boost变换器：

隔离Boost变换器#1正激型

隔离Boost变换器#2反激型

隔离Boost变换器#3Cuk型（A）

隔离Boost变换器#4Cuk型（B）

5：最近文献中的隔离Boost变换器：

大升压比非隔离Boost变换器#1

--可用作低电压输入/高电压输出的功率变换器。

参考文献: High Boost Converter Using Voltage Multiplier ，Page 567-572

大升压比非隔离Boost变换器#2

--可用作低电压输入/高电压输出的功率变换器。

大升压比非隔离Boost变换器#3

隔离Boost变换器#4

--两个开关对称驱动；

--采用反激绕组进行启动；

--可用于FC电池或其它需要升压的场合.

参考文献: A Novel Converter System for Fuel Cell Distributed Energy Generation ，Page 1621-1627

隔离Boost变换器#5

参考文献: A Current Fed Two-Inductor Boost Converter with Lossless Snubbing for PhotovoltacModule Integrated Converter Applications ，Page 2111-2117

一系列耦合电感Boost变换器

--与Tapped Inductor Boost具有相同的增益关系。

参考文献: A Single Switch Boost Converter with a High Conversion Ratio , Page 1581-1587APEC2005

6：隔离Boost变换器是最近文献中的热门拓扑，每年都有这方面的论文。这要归功于新能源的崛起。除了新能源外，在用蓄电池作为输入的DC-AC车载逆变器中也有需要，所以它会与Boost变换器在工业界的广泛应用一样，一些隔离Boost变换器也会被广泛地用于新能源中，这样一来，表明了Boost变换器家族已经崛起。

其它更多的隔离Boost变换器不再给出，请读者自行关注。

1：新能源中的应用–太阳能变成电能：

A：PV供电的并网型两级发电系统

-当PV的最大功率增加时、Vb就会增加，控制的结果是使Iref增加，所以负载功率跟着增加，直到负载功率等于新的PV最大功率时为止，反之亦然。

--当输出电压增加时，Vb就会减小，控制的结果是使Iref减小，所以负载电流跟着减小，以保持新的负载功率还等于PV的最大功率，反之亦然。

B：PV供电的独立型两级发电系统--#1

--由于负载功率的变化，使得其控制非常复杂；

--详细的原理不再介绍。

B：PV供电的独立型两级发电系统--#2

--当负载功率始终大于PV的最大功率时，PV可以一直工作在MPP；

--详细的原理不再介绍。

2：车载电源中的应用：

--当汽车采用新能源时，这套方案照样可行。

3：通信设备电源的应用：

传统的电源方案：

3：通信设备电源的应用：

采用隔离Boost PFC：

4：Boost变换器家族（包括Boost变换器和各种隔离Boost变换器）将是未来电力电子产品中非常重要的一类拓扑，它的应用前景非常看好。除了传统的PFC离不开它，还有许多新的产品要它来实现。这里不再一一展开，请大家多多关注其动向。