练习 01 / 占空比
输入降到 18 V
在理想稳态 CCM 下仍输出 48 V，低侧开关的占空比是多少？20 kHz 时导通时间是多少？
查看参考答案
D = 1 − 18 / 48 = 0.625，周期 50 µs，导通约 31.25 µs。现实中损耗、死区和控制限制会使所需值不同。
Power foundations / Synchronous Boost 01
从电感储能开始，
理解同步升压。
为什么 24 V 可以变成 48 V？跟着电流走过两个开关状态，再用视频中的案例计算占空比和电感电流。先把能量路径弄清楚，后面再逐步学习保护、驱动和闭环。
01 / 目标
先回答三个问题
- 能指出电感、下管、上管和输出电容各在什么位置。
- 能说清低侧管导通和关断时，电流主要走哪条路径。
- 能在指定假设下估算占空比、电感电流纹波，并解释结果不等于实际选型结论。
学习前提
本课使用理想器件、稳态、连续导通模式（CCM）和正向功率传输作为简化条件。真实器件有压降、损耗、死区与控制限制；轻载时还可能进入其他工作模式。
02 / 视频案例
先把设计任务写在纸上
作者「博途中的琴弦」在同步 Boost 视频 ↗的公开简介中给出下面的案例。本课将它作为计算练习的背景。
| 项目 | 视频简介所列 | 先怎样理解 |
|---|---|---|
| 输入 | 18–30 V，标称 24 V | 占空比和输入电流随输入改变 |
| 输出 | 48 V / 2 A | 额定输出功率为 96 W |
| 功率级 | 20 kHz，330 µH，两个 IRFB4110 | 本页先用于理解开关状态与纹波 |
| 输出电容 | 4 × 470 µF / 63 V | 容量与耐压只是选型的一部分 |
| 控制与保护 | UCC21520 驱动、INA282 / AMC1311 采样、STM32F103C8T6；输入保护含 LM5060 | 后续再分模块研究，不直接照搬接线 |
视频简介说明负载与输入突变响应来自平均模型的离散控制核对；工作波形、时序和示意响应不作为实测结果。本页面的公式和算例是按照下述假设自行推导的教学补充。
03 / 电路
把电路看成三个节点
先找到输入 VIN、开关节点 SW、输出 VOUT。电感在输入和 SW 之间；低侧开关 QL 在 SW 与地之间；高侧同步开关 QH 连接 SW 与输出。输出电容和负载并联在输出与地之间。
手机上可以横向滑动图示，查看完整连接。
这是功能连接示意，矩形代表受控开关，不是完整 MOSFET 符号，也省略了体二极管、驱动、输入电容、保护与采样。它不能用于直接接线。
04 / 工作过程
开关交替，电感电流不能突然停下
- 状态 A：QL 导通，QH 关断
- 输入通过电感和 QL 回到地。理想模型中电感两端约为 VIN，电感电流上升；这段时间输出电容向负载供能。
- 状态 B：QL 关断，QH 导通
- 电感电流继续流动，经过 QH 流向输出。输入源与电感一起向输出送能；若 VOUT 高于 VIN，电感电流逐渐下降。
把电感理解成“电流变化受到约束的储能元件”：加在电感上的电压决定电流斜率，关系为 vL = L × diL/dt。状态切换时电流会连续变化，但其上升或下降的斜率会改变。
先预测：如果 QL 导通时间变长，在其他理想条件不变时，电感在状态 A 的电流上升量会增大还是减小？
05 / 计算
从伏秒平衡推导占空比
令 D 是低侧管 QL 每周期的导通时间比例，周期 T = 1 / f。理想稳态 CCM 下，一个周期内电感电流回到原来的值，所以电感平均电压为零：
VIN × D + (VIN − VOUT) × (1 − D) = 0
VOUT = VIN / (1 − D) D = 1 − VIN / VOUT视频标称 VIN = 24 V、VOUT = 48 V：理想情况下 D = 1 − 24 / 48 = 0.50。20 kHz 的周期为 50 µs，低侧管导通约 25 µs。这里不计死区和损耗；实际控制器的占空比要结合真实条件验证。
| 输入电压 | 理想占空比 | 如何得到 |
|---|---|---|
| 18 V | 62.5% | 1 − 18 / 48 |
| 24 V | 50% | 1 − 24 / 48 |
| 30 V | 37.5% | 1 − 30 / 48 |
06 / 电流
输出 2 A，不代表电感只有 2 A
输出功率为 48 V × 2 A = 96 W。在理想无损、24 V 输入的平均模型中，输入功率等于输出功率，所以平均输入电流约 96 W / 24 V = 4 A。稳态下输入电容的平均电流为零，忽略辅助电路时，电感平均电流等于输入平均电流；输入电容存在时，两者的瞬时电流可以不同。真实损耗使同一工况的输入平均电流更大，实际数值取决于效率。
在状态 A 内，电感电流的理想峰峰纹波可由斜率乘以导通时间得到：
ΔIL = VIN × D / (L × f)
= 24 V × 0.5 / (330 µH × 20 kHz)
≈ 1.82 A（峰峰值）若电感电流呈理想三角波且平均值为 4 A，则峰值约 4 + 1.82 / 2 = 4.91 A。这不是器件最终电流额定值：还需要考虑最低输入电压、效率、瞬态、限流阈值、电感容差和温升，并查看电感饱和曲线与 MOSFET 的电流及热条件。
07 / 同步整流
为什么有第二个 MOSFET？
基础 Boost 可用二极管提供电感向输出送能的路径。同步 Boost 用受控 MOSFET QH 承担这一作用：选型和驱动合适时，可以降低导通损耗，但也带来驱动、切换与控制要求。
QL 和 QH 需要受控地交替工作。两管切换之间留出死区，是为了减少同时导通造成的直通风险；具体死区必须结合驱动、MOSFET 与实际开关波形确定。死区期间电感电流仍需要路径，器件体二极管及寄生效应要纳入分析。
08 / 工程边界
关掉 PWM，不一定切断故障电流
常见 Boost 功率级中，输入可能经电感和高侧器件的体二极管到达输出。因此，仅停止开关脉冲不一定切断输出短路电流；具体电流路径还要看所用器件和连接方式。视频简介列有输入受控通断与 LM5060 保护，后续需结合原理图和器件手册研究。
动手前先做什么？
这个视频案例是 48 V / 2 A，能量与热问题都不能忽略。先画电流路径、做理想计算和仿真；实际设计还需独立完成输入限流与断开、器件耐压、电感饱和、热、布局、测量及保护验证。
隔离驱动和隔离采样用于划分信号参考与驱动边界；是否具有输入到输出的电气隔离，必须看完整功率级，不能由“使用了隔离驱动”直接推出。
09 / 练习
先算、再解释、最后对照
练习 02 / 路径
QL 刚关断，电流去哪？
画出电感到输出的路径，并说明为什么不能假设电感电流立刻归零。
查看参考答案
理想状态 B 中电感电流经 QH 流向输出，输入与电感共同供能。切换死区内还要根据实际体二极管与电流方向分析续流路径。
练习 03 / 保护
输出短路时，只关 PWM 够吗？
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不能仅凭关掉 PWM 判断已经隔离输入。需检查输入、电感、高侧器件体二极管和故障点之间是否仍有导通路径，再为具体电路设计断开和限流保护。
继续阅读
- 原视频 · 01:39 升压原理 ↗作者案例与视频讲解
- TI · Boost 功率级基本计算 ↗CCM 电感电流、占空比与元件检查
- TI · Boost 故障保护 ↗输入到输出的故障电流路径与断开
B 站公开接口未返回字幕；本页参考作者公开简介，并对视频 00:00–05:00 的音轨做自动语音识别、抽查部分画面，再以 TI 资料补充原理。自动识别可能有误，本页尚未覆盖完整视频，也不代表实物性能验证。