Boost 升压电路：电感储能、二极管整流与输出升压
Boost 是最常见的升压型 DCDC 电路。 基本结构：
VIN → 电感 L → 开关节点 SW → 二极管 D → VOUT
│
MOS 管 S1
│
GND
VOUT 端并联：
电容 C
负载 RL
Boost 的目标是：
VOUT > VIN
它不是凭空产生能量，而是先让电感从输入端储能，再在开关关断时把输入电压和电感释放出来的电压叠加，送到输出端。
一、Boost 和 Buck 的结构差别
Buck 是：
开关管在前
电感在后
目标：降压
Boost 是：
电感在前
开关管把电感后端周期性拉到 GND
二极管连接到输出端
目标：升压
最直观的区别就是电感和开关管的位置不同。
二、各器件作用
1. 电感 L
电感负责储存和释放磁场能量。
电感电流不能突变
公式：
VL = L × di/dt
Boost 能升压，核心就在于电感关断时会产生维持原电流方向的电压。
2. MOS 管 S1
S1 由 PWM 控制。
S1 导通：电感充能
S1 关断：电感向输出放能
3. 二极管 D
二极管负责决定能量什么时候可以流向输出。
S1 导通：D 截止，输出与开关节点隔离
S1 关断：D 导通，电感能量送到输出
4. 电容 C
输出电容负责：
储存输出能量
降低输出纹波
在 S1 导通、二极管截止时继续给负载供电
5. 负载 RL
RL 代表后级负载。
三、阶段 A：MOS 导通，电感储能
当 S1 导通时，开关节点 SW 被拉到接近 GND。 电流路径：
VIN → 电感 L → MOS 管 S1 → GND
此时：
1. 电感两端获得正向电压
2. 电感电流逐渐上升
3. 电感储存磁场能量
4. 二极管 D 反向截止
5. 输出端暂时主要由电容 C 给负载供电
电感两端电压近似为：
VL(on) ≈ VIN
所以电感电流上升斜率：
diL/dt ≈ VIN / L
这对应图中电感电流上升的 A 段。 注意：
S1 导通时，输入并没有直接给输出供电
因为二极管 D 被反向截止
四、阶段 B：MOS 关断，电感放能并升压
当 S1 关断时，电感电流不能突然变为 0。 为了维持原来的电流方向，电感会改变自身两端电压极性，使开关节点 SW 电压迅速升高。 当 SW 节点电压升高到高于 VOUT 加二极管压降时，二极管 D 导通。 电流路径：
VIN → 电感 L → 二极管 D → 电容 C / 负载 RL → GND
此时送到输出端的电压来自：
输入电压 VIN
+
电感释放产生的电压
因此可以把它理解为：
VOUT ≈ VIN + 电感释放形成的附加电压
所以输出电压可以高于输入电压。 此时：
1. 电感释放磁场能量
2. 二极管导通
3. 输入源和电感共同给负载供电
4. 同时给输出电容充电
5. 电感电流逐渐下降
电感两端电压近似为：
VL(off) = VIN - VOUT
因为 Boost 正常升压时：
VOUT > VIN
所以：
VL(off) < 0
这说明电感电流在关断阶段下降。
五、为什么节点电压会高于输入电压
关键就在 MOS 关断瞬间。 电感为了维持电流方向，会把开关节点 SW 向上抬高。
MOS 导通时：SW ≈ 0V
MOS 关断时：SW 被电感抬高到高于 VOUT
只要：
VSW > VOUT + VD
二极管就导通，能量流向输出。 这就是 Boost 升压的本质。
六、为什么二极管方向不能反
Boost 中二极管方向必须保证：
允许电感在关断时向输出送能量
阻止输出电容在 MOS 导通时向地放电
如果二极管反接：
电感不能正常向输出充电
或者输出电容可能通过开关支路放电
所以二极管方向是 Boost 能否工作的关键。
七、电感电流波形
一个周期内：
MOS 导通：电感电流上升
MOS 关断：电感电流下降
所以电感电流同样是三角波：
I_L
↑
│ /\ /\ /\
│ / \ / \ / \
│_____/ \____/ \____/ \___→ t
A B A B
其中：
A：MOS 导通，电感储能，电流上升
B：MOS 关断，电感放能，电流下降
如果电感电流始终不降到 0，就是 CCM 连续导通模式。
八、输出电容什么时候充电、什么时候放电
MOS 导通时
二极管截止，输出与电感隔离。
输出电容 C 向负载放电
维持 VOUT
所以这一阶段输出电压会有轻微下降趋势。
MOS 关断时
二极管导通，输入源和电感共同向输出送能量。
一部分能量给负载
一部分能量给电容充电
所以输出电压会被拉回。 最终形成目标电压附近的小纹波。
九、理想 Boost 输出公式
稳态下，电感一个周期内平均电压为 0。 导通阶段：
VL(on) = VIN
关断阶段：
VL(off) = VIN - VOUT
伏秒平衡：
VIN × Ton + (VIN - VOUT) × Toff = 0
令：
D = Ton / T
Toff = (1 - D)T
可得：
VOUT = VIN / (1 - D)
因此：
D 越大 → VOUT 越高
例如：
VIN = 5V
D = 50%
理想情况下：
VOUT = 5 / (1 - 0.5)
= 10V
实际输出会受到二极管压降、MOS 导通损耗、电感 DCR 和开关损耗影响，因此会低于理想值。
十、占空比不能无限增大
从理想公式看：
VOUT = VIN / (1 - D)
似乎 D 越接近 1，输出越高。 但实际不能这样做，因为：
1. MOS 导通时间太长，电感电流会过大
2. 电感可能饱和
3. MOS、二极管和电感损耗会急剧增加
4. 关断时间太短，能量来不及送到输出
5. 控制器本身有最大占空比限制
因此 Boost 必须结合输入电压、输出电压、负载电流、电感和开关频率共同设计。
十一、反馈闭环怎么稳压
真实 Boost 也需要反馈 FB。
VOUT 偏低
VOUT ↓
→ FB ↓
→ 控制器增大占空比 D
→ 电感每周期储存更多能量
→ VOUT 回升
VOUT 偏高
VOUT ↑
→ FB ↑
→ 控制器减小占空比 D
→ 每周期送到输出的能量减少
→ VOUT 回落
所以 Boost 也是闭环控制系统。
十二、Boost 和 Buck 对比
Buck：降压
VOUT = D × VIN
Boost：升压
VOUT = VIN / (1 - D)
结构和能量过程：
Buck：开关导通时直接向输出供能，关断时电感续流
Boost：开关导通时主要给电感储能，关断时电感向输出放能
十三、自绘 Boost 工作图
VIN ───── L ─────●────|>|────●──── VOUT
│ D │
│ C
S1 │
│ GND
GND
│
RL
│
GND
S1 导通：VIN → L → S1 → GND，电感储能，D 截止
S1 关断：VIN → L → D → C/RL，电感放能，输出升压
十四、PCB 布局重点
Boost 的高频大电流回路主要有两组。
MOS 导通回路
输入电容 → 电感 → MOS → GND
这条回路要短、粗、面积小。
MOS 关断放能回路
电感 → 二极管 → 输出电容 → GND → 输入电容
二极管、输出电容要靠近电感和开关节点。
SW 开关节点
电感、MOS、二极管相连的节点
该节点电压高速跳变，噪声很大。
SW 铜皮不要过大
FB 线必须远离 SW
FB 线不要从电感下方穿过
输入输出电容回地要短
十五、最终速记
MOS 导通：电感储能，输出靠电容维持
MOS 关断：电感抬高节点电压，经二极管向输出放能
电感：负责储能和升压
二极管：只允许能量流向输出
电容：稳定 VOUT
反馈：调节占空比
Boost 的升压本质是：MOS 导通时让电感储能，MOS 关断时利用电感维持电流产生的电压，把 VIN 与电感释放电压叠加后送到输出端，因此得到高于输入的电压。