Boost电路（升压变换器）是一种将输入直流电压转换为较高输出直流电压的开关电源拓扑。与Buck电路（降压）相对应，Boost电路利用电感的储能特性来实现升压功能，同样具有高效率的特点。

其基本原理可概括为：通过快速开关一个半导体器件（MOSFET），控制电感储存和释放能量。当开关导通时，电感从输入电源储能；当开关关断时，电感释放能量，其产生的感应电动势与输入电压叠加，通过二极管向输出电容和负载供电，从而实现升压。

以下是Boost电路工作原理的详细分解：

一、核心元件：

开关管 (S): 通常为MOSFET，受控于PWM信号。

升压二极管 (D): 也称为输出二极管，阻止电容在开关导通时向地放电，并在开关关断时提供能量传递路径。

电感 (L): 核心储能元件，连接在输入电源和开关节点之间。

输出电容 (C): 滤波元件，储存能量，维持输出电压稳定，减小纹波。

负载 (Rload): 消耗电能的设备或电路。

控制电路： 产生PWM信号驱动开关管，通过反馈（输出电压采样）调节占空比D以维持输出电压稳定。

二、工作过程（一个开关周期 - 连续导通模式 CCM）：

阶段 1：开关导通 (Ton)

控制电路使开关管S导通。

输入电压Vin直接施加在电感L两端。此时二极管D因阴极为高电位（来自C上的Vout）而承受反向电压截止。

电流路径：Vin+ -> L -> S -> Vin- (地)。

电感L两端的电压VL = Vin (忽略开关管压降)。这个电压是正的。

根据VL = L * di/dt，正的VL使电感电流IL线性增加，电感储存磁能。

此时，输出部分与输入隔离。负载电流完全由输出电容C放电来提供。电容C放电，其电压Vout缓慢下降。

阶段 2：开关关断 (Toff)

控制电路使开关管S关断。

由于电感电流不能突变，电感L会产生反向电动势（左负右正），试图维持电流方向。

这使得电感左端电压（连接Vin端）被拉低，而右端（开关节点）电压被抬高，直到超过输出电压Vout，导致二极管D正向偏置而导通。

电流路径：Vin+ -> L -> D -> C//Rload -> Vin- (地)。

电感L两端的电压此时变为VL = Vin - Vout。因为Vout > Vin（升压目标），这个电压是负的。

根据VL = L * di/dt，负的VL使电感电流IL线性减小，电感将其储存的磁能释放。

释放的能量与输入电源Vin提供的能量叠加(Vin + |VL|)，一起通过二极管D向输出电容C充电并为负载Rload供电。电容C充电，其电压Vout上升。

三、输出电压与占空比的关系（理想情况）：

稳态下，电感伏秒积必须平衡。

导通阶段 (Ton): 施加在电感上的电压 = Vin， 时间 = Ton

关断阶段 (Toff): 施加在电感上的电压 = Vin - Vout， 时间 = Toff

伏秒平衡：Vin * Ton = (Vout - Vin) * Toff (注意：关断阶段VL = Vin - Vout < 0, 但伏秒积取绝对值)

整理得：Vin * Ton = Vout * Toff - Vin * Toff

Vin * (Ton + Toff) = Vout * Toff

因为Ton + Toff = T (开关周期)， Toff = T - Ton， D = Ton / T

所以Vin * T = Vout * (T - Ton)

Vin = Vout * (1 - D)

理想Boost电路的输出电压公式为：Vout = Vin / (1 - D)

由此可见：

当占空比D = 0 (开关常关) 时， Vout = Vin (无升压)。

当占空比D 增大时，(1 - D)减小，Vout增大。

理论上D 接近 1 时，Vout可以趋于无穷大（实际受元件损耗和限制）。

通过改变占空比D (0 ≤ D < 1)，即可连续调节输出电压Vout，且Vout恒大于Vin，实现了升压功能。

四、关键波形：

开关驱动信号 (VG): 方波，高电平导通S，低电平关断S。

开关节点电压 (Vsw): 在Ton期间≈0V (S导通到地)，在Toff期间≈Vout (D导通)。

电感电压 (VL): 在Ton期间为 Vin (正)，在Toff期间为 Vin - Vout (负)。

电感电流 (IL): 在Ton期间从最小值 Imin 线性上升到最大值 Imax。在Toff期间从 Imax 线性下降到 Imin。平均电感电流大于负载电流 Iload (因为输入功率=输出功率/效率，且Vin < Vout)。

二极管电流 (ID): 在Ton期间为0，在Toff期间等于电感电流IL。

输入电流 (Iin): 等于电感电流IL（因为输入直接连电感）。

输出电压 (Vout): 在电容C的作用下，围绕其直流值 Vin/(1-D) 有纹波电压。在Ton期间（C放电）下降，在Toff期间（C充电）上升。

五、核心作用：

升压： Vout = Vin / (1 - D) > Vin

稳压： 控制电路通过反馈环路实时调整占空比D，以维持输出电压Vout稳定，应对输入电压波动或负载变化。

高效能量传递： 利用开关管和二极管（或同步整流管）的低导通损耗状态实现高效转换。

六、重要概念：

连续导通模式 vs. 断续导通模式： CCM要求最小负载电流足够大。轻载时进入DCM，电感电流会降到零，此时输出电压公式和控制特性会变化。

右半平面零点： Boost电路（以及所有输出电压高于输入电压的拓扑）在控制环路中具有右半平面零点，这限制了其瞬态响应速度，设计补偿环路时需要特别注意。

输入电流连续： 由于电感在输入端，Boost电路的输入电流是连续的（等于电感电流），这有助于减小输入端的EMI滤波需求。

输出二极管/同步整流： 输出二极管在关断期间承受高电压和高电流，损耗显著。用MOSFET进行同步整流可大幅提高效率，尤其在低输出电压或大电流应用中。

启动与短路保护： Boost电路启动时需要特殊考虑，因为初始占空比小，输出电压建立慢。输出短路是严重故障状态，需要可靠保护，因为关断开关管并不能断开输入到输出的路径（通过二极管D）。

总结：

Boost电路利用高速开关（MOSFET）、电感的储能/释能特性、二极管的单向导通和电容的滤波作用，通过精确控制开关导通时间的比例（占空比D），高效地将较低的输入直流电压（Vin）转换为较高的、稳定的输出直流电压（Vout = Vin / (1 - D)）。其关键点在于：开关导通时电感储能（输入供电，输出由电容维持）；开关关断时电感释能，其感应电压与输入电压叠加向输出供电。这种拓扑广泛应用于电池供电设备（提升电池电压）、LED驱动、功率因数校正（PFC）前端等场景。