BOOST电路的原理和设计

原创 于 2025-12-01 00:01:05 发布 · 262 阅读 · 10 ·
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#硬件设计 #电源

BOOST电路的原理

BOOST电路的原理是电感的伏秒平衡原则

电感两端的正伏秒值等于负伏秒值：

根据电磁感应定律，电感电压与电流变化率的关系是：v_L(t) = L \frac{di_L}{dt}，这个公式对时间进行积分就是\Delta i_L = \frac{1}{L} \int_0^T v_L(t) \, dt，在稳定状态下，电感电流在一个开关周期结束的时候应该恢复到初始状态，即电流变化量为0，因此\int_0^T v_L(t) \, dt = 0，这就是电感的伏秒平衡原则。根据电感的伏秒平衡原则，可以得到

下图是BOOST电路的拓扑结构：

当开关导通时，电感直接接在输入电压Vin上，电感电压 VL=Vin，持续时间为Ton。电感吸收能量，电流上升，伏秒积为Vin *Ton。当开关断开的时候，电感电压变成VL=Vout-Vin。伏秒积为(Vout-Vin)*Toff，用占空比D来代替Ton，根据伏秒平衡原则可以得到Vo=Vin/（1-D）。占空比大于0，小于1，这就是BOOST电路的升压原理。

BOOST电路的设计

下面通过西安航天民芯的MT3608B这一款芯片来介绍BOOST电路的设计。设计要求为输入12V，输出24V2A。通过阅读数据手册我们可以发现这款芯片的电气特性满足我们的设计需求。

首先先计算输入电容，这个部分可以参考BUCK电路的设计

https://blog.youkuaiyun.com/m0_57150013/article/details/153558540?spm=1001.2014.3001.5501https://blog.youkuaiyun.com/m0_57150013/article/details/153558540?spm=1001.2014.3001.5501

EN是使能引脚可以直接接到电源或者根据需要设计一个欠压锁定或者是RC延时。

我们选择的这款芯片是一款非同步的芯片，所以根据BOOST电路的拓扑结构，我们需要为它加上一个续流二级管，这个地方涉及到的电感的选型，和输出电容的选型，包括反馈的电路的设计都可以参考BUCK电路的设计

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<think>好的，我现在需要帮助用户解决关于Boost电路原理图设计以及使用嘉立创进行PCB设计的问题。首先，我得回顾之前的对话历史，确保这次回答符合用户的需求。 用户之前已经询问过Boost电路的原理图和工作原理，我详细解释了各个组成部分以及工作原理，还列出了设计参数和应用场景。现在用户进一步要求使用嘉立创工具进行PCB设计，并且参考了之前提供的引用内容，但用户明确说明这些引用仅供参考，需要结合之前的问答来回答。 首先，我需要确保Boost电路原理图部分已经涵盖，但用户可能希望更具体的设计步骤，特别是如何将原理图转化为PCB。因此，我应该详细说明在嘉立创EDA中的操作流程，包括元件选择、布局、布线等关键步骤。 接下来，用户提到的引用[1]和[2]可能涉及电路设计和PCB布局的具体问题，比如比较器电路和三极管的应用。不过根据用户的最新问题，重点在Boost电路和嘉立创的使用，所以需要将重点放在如何应用这些工具来设计Boost电路的PCB，而不是深入讨论引用中的具体电路问题。 我需要确认用户可能需要的步骤：从原理图设计到PCB布局，包括元件库的使用、布局注意事项、布线技巧、设计规则检查（DRC）、生成制造文件等。同时，用户可能对嘉立创的具体操作不熟悉，所以需要一步步引导，比如如何搜索元件、如何绘制原理图符号、如何设置层和过孔等。 另外，用户可能关心设计中的常见错误和优化方法，比如如何减少电磁干扰、提高效率、确保散热等。这些内容也应该包含在教程中，帮助用户避免常见陷阱。 需要确保回答结构清晰，分步骤讲解，使用列表和代码块（如必要）来展示操作流程。同时，要结合Boost电路的特点，比如高频开关带来的噪声问题，如何在PCB布局中处理这些问题，比如地线分割、电源路径优化等。 最后，用户可能需要相关资源或链接，比如嘉立创EDA的教程链接、元件库的获取方式等，这些信息也应该提供，以便用户进一步学习。 总结起来，回答需要包括： 1. Boost电路原理图设计的关键点回顾。 2. 使用嘉立创EDA进行原理图绘制的具体步骤。 3. PCB布局和布线的注意事项，特别是针对Boost电路的高频特性。 4. 设计规则检查和生成制造文件的流程。 5. 常见问题及解决方法。 6. 相关资源和进一步学习的建议。 需要确保语言简洁明了，步骤详细，适合有一定电子设计基础的用户跟随操作。同时，避免使用过于专业的术语，或在必要时进行解释，以确保用户能够理解并顺利应用。</think>### Boost电路原理图设计及嘉立创PCB制作教程 --- #### **一、Boost电路原理图设计要点（基于嘉立创EDA）** 1. **核心元件选型与参数计算** - **开关管（MOSFET）**：选择低导通电阻（Rds(on)）、高开关速度的型号，如IRFZ44N，需添加驱动电路（如栅极电阻）[^1]。 - **电感（L）**：根据公式计算最小电感值，例如输入电压12V，输出电压24V，负载电流2A时： $$L_{min} = \frac{V_{in} \cdot D \cdot (1-D)^2}{2f_sI_o} \quad (假设D=0.5, f_s=100kHz)$$ 代入得$L_{min}≈15μH$，实际选择22μH/5A电感。 - **二极管（D）**：需快恢复二极管（如SS34），反向恢复时间短，耐压高于输出电压。 - **电容（C）**：输出电容选择低ESR的电解电容或陶瓷电容，如100μF/50V电解电容并联10μF陶瓷电容。 2. **原理图绘制步骤**（嘉立创EDA操作） - **步骤1**：新建项目 → 选择“原理图设计” → 命名（如Boost_Converter）。 - **步骤2**：搜索并放置元件： - 使用嘉立创元件库搜索“MOSFET IRFZ44N”“电感 22uH”“SS34”等。 - 手动绘制电感符号（若库中无合适模型）。 - **步骤3**：连接电路： ```plaintext Vin(+)───电感───MOSFET(D极) │ 二极管(阳极接电感/MOSFET节点，阴极接输出) │ 电容───负载 │ GND───────── ``` - **步骤4**：添加PWM控制器（如UC3843），设计反馈回路（输出电压分压采样→误差放大器→驱动信号）[^2]。 --- #### **二、PCB布局设计关键技巧** 1. **布局原则** - **高频环路最小化**：开关管、电感、二极管构成的环路面积需最小化，减少辐射噪声。 - **地平面分割**：采用单点接地，将功率地（开关管、电感）与信号地（控制芯片）分开，最后通过0Ω电阻或磁珠连接。 - **散热设计**：MOSFET和二极管下方铺铜并添加散热过孔（孔径0.3mm，间距1mm）。 2. **嘉立创EDA操作流程** - **步骤1**：原理图转PCB → 使用“设计同步”功能导入网络表。 - **步骤2**：元件布局： - 将电感、MOSFET、二极管靠近放置。 - PWM控制器远离功率元件，避免干扰。 - **步骤3**：布线规则： - **功率路径**：电感→MOSFET→二极管的走线宽度≥40mil（1oz铜厚，2A电流）。 - **信号线**：反馈信号走线远离功率路径，必要时包地处理。 - **步骤4**：铺铜设置： - 顶层/底层铺GND铜，与功率地通过过孔连接。 - 禁止在电感正下方铺铜，避免涡流损耗。 --- #### **三、设计验证与生产文件输出** 1. **设计规则检查（DRC）** - 设置线间距≥8mil（嘉立创工艺要求），孔径≥0.2mm。 - 检查未连接网络和短路。 2. **生成生产文件** - **步骤1**：导出Gerber文件： - 层设置：包含顶层、底层、丝印层、钻孔文件。 - **步骤2**：在嘉立创官网下单： - 上传Gerber文件 → 选择板厚（1.6mm）、铜厚（1oz）→ 确认生产参数。 --- #### **四、常见问题与解决方案** 1. **输出电压不稳** - 检查反馈电阻分压比是否匹配PWM控制器需求。 - 增加输出电容或调整补偿网络（如UC3843的RC补偿）[^2]。 2. **高频噪声干扰** - 在二极管两端并联RC缓冲电路（如100Ω+100pF）。 - 使用屏蔽电感或在输入/输出端添加共模滤波器。 --- #### **五、嘉立创资源推荐** 1. **元件库直接调用**：嘉立创EDA内置常用功率元件模型（搜索“Boost电路参考设计”）。 2. **教程链接**： - [嘉立创EDA官方教程](https://lceda.cn/page/tutorial) - [PCB布局实战视频](https://www.bilibili.com/video/BV1X44y1W7D3) --- ###
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