升壓降壓電源電路工作原理

1、boost升壓電路工作原理boost升壓電路是一種開關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高?；倦娐穲D見圖一：假定那個開關(guān)（三極管或者mos管）已經(jīng)斷開了很長時間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。下面要分充電和放電兩個部分來說明這個電路充電過程在充電過程中，開關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如圖二，開關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。放電過程如圖，這是當開關(guān)斷開（三極管截止）時的等效電路。當開關(guān)斷開（三極管截止）時，

2、由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續(xù)的電流。如果這個通斷的過程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。一些補充1 AA電壓低,反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開關(guān)管,整流管,及其他損耗(含電感上).1.電感不能用磁體太小的(無法存應(yīng)有的能量),線徑太細的(脈沖電流大

3、,會有線損大).2 整流管大都用肖特基,大家一樣,無特色,在輸出3.3V時,整流損耗約百分之十.3 開關(guān)管,關(guān)鍵在這兒了,放大量要足夠進飽和,導(dǎo)通壓降一定要小,是成功的關(guān)鍵.總共才一伏,管子上耗多了就沒電出來了,因些管壓降應(yīng)選最大電流時不超過0.2-0.3V,單只做不到就多只并聯(lián).4 最大電流有多大呢?我們簡單點就算1A吧,其實是不止的.由于效率低會超過1.5A,這是平均值,半周供電時為3A,實際電流波形為0至6A.所以咱建議要用兩只號稱5A實際3A的管子并起來才能勉強對付.5 現(xiàn)成的芯片都沒有集成上述那么大電流的管子,所以咱建議用土電路就夠?qū)Ω堆箅娐妨?以上是書本上沒有直說的知識,但與書本知

4、識可對照印證.開關(guān)管導(dǎo)通時，電源經(jīng)由電感-開關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存；開關(guān)管關(guān)斷時，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個方面著手：1.盡可能降低開關(guān)管導(dǎo)通時回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能；2.盡可能降低負載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時回路的損耗最低；3.盡可能降低控制電路的消耗，因為對于轉(zhuǎn)換來說，控制電路的消耗某種意義上是浪費掉的，不能轉(zhuǎn)化為負載上的能量。具體計算已知參數(shù)：輸入電壓：12V - Vi輸出電壓：18V -Vo輸出電流：1A - Io輸出紋波：3

5、6mV - Vpp工作頻率：100KHz - f 1：占空比穩(wěn)定工作時，每個開關(guān)周期，導(dǎo)通期間電感電流的增加等于關(guān)斷期間電感電流的減少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),參數(shù)帶入，don=0.5722：電感量先求每個開關(guān)周期內(nèi)電感初始電流等于輸出電流時的對應(yīng)電感的電感量其值為Vi*(1-don)/(f*2*Io)，參數(shù)帶入，Lx=38.5uH,deltaI=Vi*don/(L*f)，參數(shù)帶入，deltaI=1.1A當電感的電感量小于此值Lx時，輸出紋波隨電感量的增加變化較明顯，當電感的電

6、感量大于此值Lx時，輸出紋波隨電感量的增加幾乎不再變小，由于增加電感量可以減小磁滯損耗，另外考慮輸入波動等其他方面影響取L=60uH，deltaI=Vi*don/(L*f),參數(shù)帶入，deltaI=0.72A，I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI，參數(shù)帶入，I1=1.2A,I2=1.92A3：輸出電容：此例中輸出電容選擇位陶瓷電容，故 ESR可以忽略C=Io*don/(f*Vpp),參數(shù)帶入，C=99.5uF，3個33uF/25V陶瓷電容并聯(lián)4：磁環(huán)及線徑：查找磁環(huán)手冊選擇對應(yīng)峰值電流I2=1.92A時磁環(huán)不飽和的適合磁環(huán)

7、Irms2=(1/3)*(I12+I22-I1*I2)，參數(shù)帶入，irms=1.6A按此電流有效值及工作頻率選擇線徑其他參數(shù)：電感：L 占空比：don初始電流：I1 峰值電流：I2 線圈電流：Irms輸出電容：C 電流的變化：deltaI 整流管壓降：Vd兩種降壓升壓電路原理圖2011年11月15日 11:06 來源：電子發(fā)燒友網(wǎng) 作者：小蘭 我要評論(0)圖顯示兩種降壓升壓電路，可在輸入電壓可能大于或小于輸出電壓的情形下使用。這些電路與前述兩種降壓拓撲有相同的折沖特點，與電流偵測電阻與門極驅(qū)動的位置有關(guān)。圖2的降壓升壓拓撲，顯示接地參考的閘極驅(qū)動。此拓撲需要位準

8、移位電流偵測訊號，不過反向的升壓降壓拓撲則具有接地參考的電流偵測及位準移位閘極驅(qū)動。如果控制IC與負輸出有關(guān)，且電流偵測電阻與LED進行交換，即可利用有效的方式配置反向升壓降壓拓撲。只要適當控制IC，即可直接測量輸出電流，也可以直接驅(qū)動MOSFET。求DC-DC升降壓電路原理及設(shè)計要點？DC-DC升壓與降壓電路簡介DC/DC轉(zhuǎn)換器電路的各種特性（效率、紋波、負載瞬態(tài)響應(yīng)等）可根據(jù)外設(shè)元件的變更而變更，盡量在各種制約條件下，設(shè)計出最接近要求規(guī)格的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路。1、DC/DC轉(zhuǎn)換的基本工作原理最基本的基本型DC/DC轉(zhuǎn)換器電路為升壓和降壓電路。1）升壓電路FET為ON時的電路圖在FET為O

9、N的時間里在L積蓄電流能。虛線表示的電流路徑雖是微小的漏電流，但會使輕負載的效率變差。FET為OFF時的電路圖在FET為OFF時，L要保持OFF前的電流值，相當于在輸入回路增加了一個“電源”。由于線圈的左端被強制性固定于VIN，因此輸出VOUT的電壓要大于VIN，即升壓電路原理。由此，F(xiàn)ET的ON時間越長（FET的觸發(fā)占空比D越大），L里積蓄的電流能越大，越能獲得電源功率，于是升壓就越高。但是，F(xiàn)ET的ON時間太長的話，給輸出側(cè)供電的時間就極為短暫，F(xiàn)ET為ON時的損失也就增大，變換效率變差。因此，通常要限制占空比的最大值，不超過適宜的占空比D。2）降壓電路FET為ON時的電路圖在FET為ON

10、的時間里，L積蓄電流能的同時為輸出供電。虛線表示的電流路徑雖是微小的漏電流，但會使輕負載的效率變差。FET為OFF時的電路圖在FET為OFF時，L要保持OFF前的電流值，使SBD為ON。此時，由于線圈的左端被強制性地降到0V以下，VOUT的電壓下降，即降壓電路原理。由此，F(xiàn)ET的ON時間長L里積蓄的電流能越大，越能獲得大功率電源，降壓的幅度越小。降壓時，由于FET為ON時也要給輸出供電，所以不需要限制占空比的最大值。2、DC/DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計要點設(shè)計要點：(1)穩(wěn)定工作(不會因異常振動等誤動作、燒損、過電壓而損壞)(2)效率大(3)輸出紋波小(4)負載瞬態(tài)響應(yīng)好這些設(shè)計指標可通過變更DC/D

11、C轉(zhuǎn)換器IC和外設(shè)元件得到某種程度的改善。3、開關(guān)頻率的選擇DC/DC轉(zhuǎn)換器IC具備固有的開關(guān)頻率，頻率的不同會對各種特性產(chǎn)生影響。以XC9237A18C（1.2MHz）和XC9237A18D（3MHz）為例表明開關(guān)頻率與效率的關(guān)系。測試電路圖（降壓型DC-DC），如下圖所示。CIN：10F，CL：10F，L=4.7H（NR3015T-4R7M），Topr=25XC9237A18C（振蕩頻率1.2MHz）開關(guān)頻率與效率的關(guān)系，如下圖所示：XC9237A18D（振蕩頻率3MHz）開關(guān)頻率與效率的關(guān)系，如下圖所示：效率最大的電流值不同是因為不同的開關(guān)頻率適合的感應(yīng)系數(shù)值也不同的緣故。對于結(jié)構(gòu)相同的

12、線圈，感應(yīng)系數(shù)越大直流電阻越增加，重負載時的損失增加，由此，效率最大的電流值越是低頻的越會向輕負載側(cè)移動。相反，頻率高則因FET的充放電次數(shù)增加和IC自身的靜態(tài)消耗電流增大，3MHz產(chǎn)品比1.2MHz產(chǎn)品在輕負載時的效率大幅度變差。綜合來看，可知1.2MHz產(chǎn)品的效率峰值大，效率最大的輸出電流值峰值小。此外，PFM工作時，輕負載時的頻率都進一步下降，效率明顯得到改善。3、FET的選擇RDS：Drain-sourceON-ResistanceRDS引起的損失：RDS可以看成是FET的漏源極間電阻成分，因而會發(fā)熱而損失能量，負載越大其損失越是增大。因此，重負載時減少RDS引起的損失效果較好。CIS

13、S：InputCapacitanceCISS引起的損失：CISS可以看成是FET的柵源極間充放電時被丟棄的功率。驅(qū)動電壓和開關(guān)頻率越大損失就越大，由于重負載時和輕負載時損失值基本相同，所以會使輕負載時的效率大幅度變差。因此，輕負載時減少CISS引起的損失對提高效率的效果較好。雖然RDS和CISS都是越小損失也越小，但因RDS和CISS成反比關(guān)系，改善損失大的一方效果更好。一般電壓額定值定為使用電壓的1.5倍2倍，RDS和CISS引起的損失較小。輸入電流=輸出(負載)電流×輸出電壓÷輸入電壓÷效率效率未知時，可姑且升壓時采用70%、降壓時采用80%來計算。測試實例：

14、更換FET，測試效率，F(xiàn)ET的參數(shù)規(guī)格如下表所示：XC9220C093的測試電路：測試的效率圖：4、線圈的選擇線圈引起的損失表現(xiàn)為線圈的繞線電阻RDC和鐵氧體磁心產(chǎn)生的損失等。開關(guān)頻率不同的話，最佳L值也不同。因為線圈的電流與FET的ON時間成正比，與L值成反比。對于2MHz左右的開關(guān)頻率，可以認為線圈的大部分損失是RDC引起的損失，首先應(yīng)選擇RDC小的線圈。如果為了減小RDC而選擇L值過小的線圈的話，在FET為ON的時間內(nèi)電流值過大，F(xiàn)ET、SBD、線圈產(chǎn)生的熱損失變大，效率下降。而且，因電流增加，紋波也增大。相反，如果L值過大的話，RDC變大，不僅重負載時的效率變差，而且鐵氧體磁心發(fā)生磁飽

15、和，L值急速減少，這樣就不能發(fā)揮出線圈的性能，陷入電流過大引起發(fā)熱的危險狀態(tài)。因而，為了在L值大的線圈流經(jīng)大電流，形狀上必須有一定程度的大小，以避免磁飽和。綜上所述，相對于線圈的外形尺寸和效率兩個方面，適當?shù)腖值已被限定，如下表所示：實例：XC9104D093（升壓）電路只變更了L值后的效率和紋波。測試電路如下：實例：XC9220A093（降壓）電路只變更了L值后的效率和紋波。測試電路如下：5、SBD的選擇SBD的損失為正向熱損失VF×IF和反向漏電流IR引起的熱損失的合計值。因此，選擇VF、IR都小的產(chǎn)品比較理想。但是，VF與IR成反比關(guān)系，一般要視負載電流而選用。VF在重負載時大

16、，考慮到IR與負載無關(guān)為一定的值，所以輕負載時選擇IR小的產(chǎn)品對提高效率的效果較好，重負載時選擇VF小的產(chǎn)品效果較好。選擇SBD的要點見下表：實例：比較兩個SBD在輕重負載時的效率。與XBS203V17相比，XBS204S17的VF大IR小，輕負載時的效率好，重負載時的效率差。下表是詳細參數(shù)：測試電路和效率曲線如下：6、CL的選擇CL越大則紋波越小，但過分大的話，電容器的形狀也大，成本提高。CL由所需的紋波大小而定。以10mV40mV的紋波大小為目標，升壓和降壓CL值參考下表：升壓：CL值為表中值乘以升壓比降壓：CL值為表中值乘以降壓比紋波與ESR成正比，與電容值成反比。以下是測試電路和紋波與

17、CL的關(guān)系圖：注：鋁電解電容時，沒有并聯(lián)的陶瓷電容的話，ESR過大難以獲得輸出電流。7、CIN的選擇雖然不及CL對輸出穩(wěn)定性的影響大，但CIN也是電容值越大、ESR越小則輸出穩(wěn)定性越好，紋波也越小。大到某種程度，降低輸出紋波的效果會變小，從防止對輸入側(cè)的電磁干擾EMI的意義上說，電容值應(yīng)從CL的一半左右開始探討較好。CIN不會因ESR太小而輸出振蕩，所以ESR越低越好。實例：CIN與紋波的關(guān)系，測試電路如下：CIN值變化的輸入側(cè)紋波，見下圖：8、RFB1,和RFB2的選擇使用FB（反饋）產(chǎn)品時，RFB1、RFB2用于決定輸出電壓，對同一輸出電壓有時可考慮多種組合。此時選擇RFB1+RFB2=1

18、50k500k比較妥當。這里成為問題的是輕負載時的效率和重負載時的輸出穩(wěn)定性。因為流向RFB1、RFB2的電流沒有被作為輸出功率使用，而視作DC/DC轉(zhuǎn)換器的損失，所以要想提高輕負載時的效率的話，要將RFB1、RFB2設(shè)定得大一些(RFB1+RFB2<1M左右)。而要想提高重負載時的瞬態(tài)響應(yīng)的話，則要做好輕負載時的效率差的準備，將RFB1、RFB2設(shè)定得比標準值小1位數(shù)，使FB端子的電壓穩(wěn)定性提高即可。9、CFB的選擇CFB是紋波反饋調(diào)整用電容器，該值也會影響負載瞬態(tài)響應(yīng)。CFB過?。弘妷夯謴?fù)到恒定狀態(tài)的時間短，但負載變重時電壓急劇下降；CFB過大：負載變重時的瞬間電壓下降雖小，但電壓恢

19、復(fù)到恒定狀態(tài)的時間長。在特別的情況下，重負載時會出現(xiàn)從CFB反饋到FB端子的紋波的影響過大，輸出不穩(wěn)定的情況。出現(xiàn)這種情況時，不連接CFB有時能使工作穩(wěn)定。實例：測試電路如下：求電容降壓限流電路工作原理？電容降壓工作原理發(fā)起投票 | 刪除 電容降壓的工作原理 2009年04月27日 星期一 13:25電容降壓的工作原理并不復(fù)雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)

20、生功耗，應(yīng)為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個特點，我們?nèi)绻谝粋€1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián)，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會被點亮，而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡

21、的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負載兩端電壓的角色。采用電容降壓時應(yīng)注意以下幾點：1 根據(jù)負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當?shù)碾娙?，而不是依?jù)負載的電壓和功率。2 限流電容必須采用無極性電容，絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。3 電容降壓不能用于大功率條件，因為不安全。4 電容降壓不適合動態(tài)負載條件。5 同樣，電容降壓不適合容性和感性負載。6 當需要直流工作時，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流。而且要滿足恒定負載的條件。以上是電容降壓工作原理的簡單介紹。前些日

22、子我曾再次提出一個問題，就是只用電阻和電容可以組成什么電路，進一步講只用一個電阻和一個電容可以組成什么電路。此篇可以是一個回答，有興趣的可以再想一想還能組成什么電路。其實電阻、電容和電感作為電子電路的基本元件，熟知它們的特性并靈活地應(yīng)用它。采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路由于其具有體積小成本低電流相對恒定等優(yōu)點也常應(yīng)用于LED的驅(qū)動電路中。圖一為一個實際的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路請注意大部分應(yīng)用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管建議連接上因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電大用電設(shè)備起動等 )有效地將突變電流泄放從而保護二級關(guān)和其它晶體管它們的響應(yīng)時間

23、一般在微毫秒級。 電路工作原理電容C1的作用為降壓和限流大家都知道電容的特性是通交流隔直流當電容連接于交流電路中時其容抗計算公式為XC = 1/2f C式中XC 表示電容的容抗f 表示輸入交流電源的頻率C 表示降壓電容的容量。流過電容降壓電路的電流計算公式為I = U/XC式中 I 表示流過電容的電流U 表示電源電壓XC 表示電容的容抗在220V50Hz的交流電路中當負載電壓遠遠小于220V時電流與電容的關(guān)系式為I = 69C 其中電容的單位為uF電流的單位為mA下表為在220V50Hz的交流電路中理論電流與實際測量電流的比較電阻R1為泄放電阻其作用為當正弦波在最大峰值時刻被切斷時電容C1上的殘存電荷無法釋放會長久存在在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分有強烈的觸電可能而電阻R1的存在能將殘存的電荷泄放掉從而保證人機安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)一般電容的容量越大殘存的電荷就越多泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表供設(shè)計時參考