开关电源按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等；
常用的PWM控制Buck、Boost、Buck-Boost三种类型为主。

开关电源的主要部件包括：输入源、开关管、储能电感、控制电路、二极管、负载和输出电容。如果功率不是特别大，IC厂家会将开关管、控制电路、二极管集成到一颗CMOS/Bipolar工艺的电源管理IC中，极大简化了外部电路。

一、开关电源占空比D、电感值L、效率η公式推导
Buck型和Boost型开关电源具有不同的拓扑结构，本文将使用如图1-1、1-2所示的电路参考模型：
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/7eeacb05dba043b6a584eb3e72c37030.webp#imgIndex=0)
参考电路模型默认电感的DCR（Direct Constant Resistance）为零。
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/2443f5c0c5b74669fe69c985b722fa8e.webp#imgIndex=1)
电容阻碍电压变化，通高频，阻低频，通交流，阻直流;
电感阻碍电流变化，通低频，阻高频，通直流，阻交流;  

假定那个开关(三极管或者MOS管)已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。
 
下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。

第一部分：充电
如果控制器把MOSFET控制导通。电源对电感进行充电，如下图所示：
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/d6978d7fc390303088983c5e827150e8.webp#imgIndex=2)
在充电过程中，开关闭合(MOSFET导通)，开关(MOS管)处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

第二部分：放电

![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/9c57f1927ceb080a454d4606acfbadd7.webp#imgIndex=3)
当开关断开(MOSFET截止)时的等效电路如上图所示。当开关断开(MOSFET截止)时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。
 
说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

boost电路升压过程 
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/8661832786cfd1d18907aca324a582a1.webp#imgIndex=4)
开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存;开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能;尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低;尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。

   Boost升压电路，可以工作在电流断续工作模式(DCM)和电流连续工作模式(CCM)。CCM工作模式适合大功率输出电路，电感电流需保持连续状态，因此，按CCM工作模式来进行特性分析。
    Boost拓扑结构升压电路基本波形如图所示。
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ton时，开关管S为导通状态，二极管D处于截止状态，流经电感L和开关管的电流逐渐增大，电感L两端的电压为Vin，考虑到开关管S漏极对公共端的导通压降Vs，即为Vi-Vs。ton时，通过L的电流增加部分△ILon。
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/4a5bb33ba34fdc1d63f2deee61ba7302.webp#imgIndex=6)
式中：Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs上的压降之和，约0.6~0.9V。

![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/5970fc9fcaf73c828746791ddb4114c8.webp#imgIndex=7)
toff时，开关管S截止，二极管D处于导通状态，储存在电感L中的能量提供给输出，流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，设二极管D的正向电压为Vf，toff时，电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi，电流的减少部分△ILoff满足下式。
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Vf为整流二极管正向压降，快恢复二极管约0.8V，肖特基二极管约0.5V。
在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时。
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/a53c94660fb686387939c852da47fd76.webp#imgIndex=9)
如果忽略电感损耗，电感输入功率等于电源的输出功率
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/46eef06c87a4698de90372aa34074098.webp#imgIndex=10)
电感的平均电流：
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同时可得电感器电流纹波
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/3fbf1fd0d5613e9889e552804767200d.webp#imgIndex=12)
式中：f为开关频率。
    为保证电流连续，电感电流应满足
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/4ee2e1556e4a930c0d44f99fa7864216.webp#imgIndex=13)
综合以上，可得到满足电流连续情况下的电感值为：
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/214509107a986e3669ff8456fbff65b7.webp#imgIndex=14)
 另外，由Boost升压电路结构可知，开关管电流峰值Is(max)=二极管电流峰值Id(max)=电感器电流峰值ILP
![图片](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-3237319/3f189babc4ba76c944b40d130a174268.webp#imgIndex=15)
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本文部分内容整理自百度文库：
《一种非常实用的Boost升压电路原理详解》
《Boost变换器工作原理与设计说明书》
《Boost电路解析》

开关电源按拓扑结构分，有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等；常用的PWM控制Buck、Boost、Buck-Boost三种类型为主。

Boost电源原理及工作过程详解

电子硬件工程师

硬件

开关电源主要分为Boost、Buck、Boost-Buck等拓扑结构，核心部件包括开关管、电感和控制电路。Boost电路通过电感储能实现升压，工作模式分DCM和CCM两种。关键参数包括占空比、电感值和效率，电感值计算需考虑开关频率和电流连续性。优化效率需降低回路阻抗和控制电路损耗。

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