電感式DCDC升壓原理

1、電感式DC/DC 升壓原理什么是電感型升壓DC/DC轉換器？如圖1所示為簡化的電感型DC-DC轉換器電路，閉合開關會引起通過電感的電流增加。打開開關會促使電流通過二極管流向輸出電容。因儲存來自電感的電流，多個開關周期以后輸出電容的電壓升高，結果輸出電壓高于輸入電壓。決定電感型升壓的DC-DC轉換器輸出電壓的因素是什么？在圖2所示的實際電路中，帶集成功率MOSFET的IC代替了機械開關，MOSFET的開、關由脈寬調制(PWM)電路控制。輸出電壓始終由PWM占空比決定，占空比為50%時，輸出電壓為輸入電壓的兩倍。將電壓提高一倍會使輸入電流大小達到輸出電流的兩倍，對實際的有損耗電路，輸入電流還要稍高

2、。 電感值如何影響電感型升壓轉換器的性能？因為電感值影響輸入和輸出紋波電壓和電流，所以電感的選擇是感性電壓轉換器設計的關鍵。等效串聯(lián)電阻值低的電感，其功率轉換效率最佳。要對電感飽和電流額定值進行選擇，使其大于電路的穩(wěn)態(tài)電感電流峰值。 電感型升壓轉換器IC電路輸出二極管選擇的原則是什么？升壓轉換器要選快速肖特基整流二極管。與普通二極管相比，肖特基二極管正向壓降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二極管平均電流額定值應大于電路最大輸出電壓。 怎樣選擇電感型升壓轉換器IC電路的輸入電容？升壓調節(jié)器的輸入為三角形電壓波形，因此要求輸入電容必須減小輸入紋波和噪聲。紋波的幅度與輸入電容值的大小成反比，也就是說

3、，電容容量越大，紋波越小。如果轉換器負載變化很小，并且輸出電流小，使用小容量輸入電容也很安全。如果轉換器輸入與源輸出相差很小，也可選小體積電容。如果要求電路對輸入電壓源紋波干擾很小，就可能需要大容量電容，并(或)減小等效串聯(lián)電阻(ESR)。 在電感型升壓轉換器IC電路中，選擇輸出電容時要考慮哪些因素？輸出電容的選擇決定于輸出電壓紋波。在大多數(shù)場合，要使用低ESR電容，如陶瓷和聚合物電解電容。如果使用高ESR電容，就需要仔細查看轉換器頻率補償，并且在輸出電路端可能需要加一額外電容。 進行電感型升壓轉換器IC電路布局時需要考慮哪些因素？首先，輸入電容應盡可能靠近IC，這樣可以減小影響IC輸入電壓紋

4、波的銅跡線電阻。其次，將輸出電容置于IC附近。連接輸出電容的銅跡線長會影響輸出電壓紋波。第三點是，盡量減小連接電感和輸出二極管的跡線長度，減小功耗并提高效率。最后一點是，輸出反饋電阻遠離電感可以將噪聲影響降至最小。 電感型升壓轉換器應用在哪些場合？電感型升壓轉換器的一個主要應用領域是為白光LED供電，該白光LED能為電池供電系統(tǒng)的液晶顯示(LCD)面板提供背光。在需要提升電壓的通用直流-直流電壓穩(wěn)壓器中也可使用。要了解電感式升壓/降壓的原理(我今天只講升壓),首先必須要了解電感的一些特性:電磁轉換與磁儲能.其它所有參數(shù)都是由這兩個特性引出來的.先看看下面的圖: 電感回路通電瞬間 (原

5、文件名:1.JPG) 相信有初中文化是壇友們都知道,一個電池對一個線圈通電,這是個電磁鐵.不論你是否科盲,你一定會奇怪,這有什么值得分析的呢?有!我們要分析它通電和斷電的瞬間發(fā)生了什么. 線圈(以后叫作"電感"了)有一個特性-電磁轉換,電可以變成磁,磁也可以變回電.當通電瞬間,電會變?yōu)榇挪⒁源诺男问絻Υ嬖陔姼袃?而斷電瞬磁會變成電,從電感中釋放出來. 現(xiàn)在我們看看下圖,斷電瞬間發(fā)生了什么: 斷電瞬間 (原文件名:2.JPG) 前面我說過了,電感內的磁能會在電感斷電時重新變回電,然而問題來了:此時回路已經斷開,電流無處可以,磁如何能轉換成電流呢?

6、很簡單,電感兩端會出現(xiàn)高壓!電壓有多高呢?無窮高,直到擊穿任何阻擋電流前進的介質為止. 這里我們了解了電感的第二個特性-升壓特性.當回路斷開時,電感內的能量會以無窮高電壓的形式變換回電,電壓能升多高,僅取決于介質變的擊穿電壓. 現(xiàn)在可以小結一下了: 下面是正壓發(fā)生器,你不停地扳動開關,從輸入處可以得到無窮高的正電壓.電壓到底升到多高,取決于你在二極管的另一端接了什么東西讓電流有處可去.如果什么也不接,電流就無處可去,于是電壓會升到足夠高,將開關擊穿,能量以熱的形式消耗掉. 正壓發(fā)生器原理圖 (原文件名:3.JPG) 負壓發(fā)生器原理圖 (原文件名:4.JPG)下面是

7、負壓發(fā)生器,你不停地扳動開關,從輸入處可以得到無窮高的負電壓. 上面說的都是理論,現(xiàn)在來點實際的電子線路圖,看看正/負壓發(fā)生器的"最小系統(tǒng)"到底什么樣子: 實際電子線路 (原文件名:5.JPG) 你可以很清楚看到演變,電路中僅僅把開關換成了三極管換而已. 不要小看這兩個圖,事實上,所以開關電源都是由這兩個圖組合變換而來,所以掌握這兩個圖非常重要. 最后要提提磁飽合的問題.什么是磁飽合? 從上面的背景知道我們可以知道電感能儲存能量,將能量以磁場方式保存,但能存多少呢?存滿之后會發(fā)生什么情況呢? 1.存多少: "最大磁通量"這個

8、參數(shù)就是干這個用的,很顯然,電感不能無限保存能量,它存儲能量的數(shù)量由電壓與時間的乘積決定,對于每個電感來說,這是一個常數(shù),根據這個常數(shù)你可以算出一個電感要提供N伏M安供電時必須工作于多高的頻率下. 2.存滿之后會如何: 這就是磁飽合的問題.飽合之后,電感失去一切電感應有的特性,變成一純電阻,并以熱的形式消耗掉能量.DC/DC 升壓原理升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場合，只要采用12節(jié)電池便可獲得312V工作電壓，工作電流可達幾十毫安至幾百毫安，其轉換效率可達70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖所示。電路中的VT為開關管，當脈沖振蕩器對雙穩(wěn)態(tài)電路置位(

9、即Q端為1)時，VT導通，電感VT中流過電流并儲存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設定的閩值電壓時，雙穩(wěn)態(tài)電路復位，即Q端為0。此時VT截止，電感LT中儲存的能量通過一極管VD1供給負載，同時對C進行充電。當負載電壓要跌落時，電容C放電，這時輸出端可獲得高于輸大端的穩(wěn)定電壓。輸出的電壓由分壓器R1和 R2分壓后輸入誤差放大器，并與基準電壓一起去控制脈沖寬度，由此而獲得所需要的電壓，即V0=VR*(R1/R2+1) 式中:VR基準電壓。降壓式DC/DC變換器的輸出電流較大，多為數(shù)百毫安至幾安，因此適用于輸出電流較大的場合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖所示。VT1為開關管，

10、當VT1導通時，輸入電壓Vi通過電感L1向負載RL供電，與此同時也向電容C2充電。在這個過程中，電容C2及電感L1中儲存能量。當VT1截止時，由儲存在電感L1中的能量繼續(xù)向 RL供電，當輸出電壓要下降時，電容C2中的能量也向RL放電，維持輸出電壓不變。二極管VD1為續(xù)流二極管，以便構成電路回路。輸出的電壓Vo經R1和 R2組成的分壓器分壓，把輸出電壓的信號反饋至控制電路，由控制電路來控制開關管的導通及截止時間，使輸出電壓保持不變。DC/DC升壓穩(wěn)壓器原理DC/DC升壓有三種基本工作方式：一種是電感電流處于連續(xù)工作模式，即電感上電流一直有電流； 一種是電感電流處于斷續(xù)工作模式，即在開關截止末期電

11、感上電流發(fā)生斷流； 還有一種是電感電流處于臨界連續(xù)模式，即在開關截止期間電感電流剛好變?yōu)椤?”時，開關又導通給電感儲能。 下面我們將主要介紹連續(xù)工作模式及斷續(xù)工作模式的工作原理。 連續(xù)工作模式當穩(wěn)壓器有一定負載時，電感電流處于連續(xù)工作模式。當開關導通時，如圖 1所示，電感和電容進行儲能，電感電流不能突變，電流線性增加，也給電容C1進行充電。當開關截止時，如圖 2所示，負載電流由電感和電容提供，電感電流不能突變，繼續(xù)給負載輸出電流，給負載供電。電流IL和ID的電流變化和電容電壓變化如圖 3所示。當開關管導通時：IL=Vin*D/L1；當開關管截止時：IL=Vout*(1-D)/L1;根據以上兩個

12、式子得出：Vout=Vin/(1-D) （D為占空比）開關導通態(tài)（Ton）開關導通態(tài)（Toff）斷續(xù)工作模式當穩(wěn)壓器處于輕負載或無負載時，電感電流處于連續(xù)工作模式波形圖如圖 4所示。  圖 3 DC/DC升壓穩(wěn)壓電感電流連續(xù)工作模式波形圖 圖 4 DC/DC升壓穩(wěn)壓電感電流斷續(xù)工作模式波形圖幾款直流升壓電路原理與設計直流升壓就是將電池提供的較低的直流電壓，提升到需要的電壓值，其基本的工作過程都是：高頻振蕩產生低壓脈沖脈沖變壓器升壓到預定電壓值脈沖整流獲得高壓直流電，因此直流升壓電路屬于DC/DC電路的一種類型。在使用電池供電的便攜設備中，都是通過直流升壓電路獲得電

13、路中所需要的高電壓，這些設備包括：手機、傳呼機等無線通訊設備、照相機中的閃光燈、便攜式視頻顯示裝置、電蚊拍等電擊設備等等。一、幾種簡單的直流升壓電路以下是幾種簡單的直流升壓電路，主要優(yōu)點：電路簡單、低成本；缺點：轉換效率較低、電池電壓利用率低、輸出功率小。這些電路比較適合用在萬用電表中，替代高壓疊層電池。二、24V供電高壓電源一些照相機使用（英寸）純平面作為顯示部件，其高壓部件的陽極電壓為，聚焦極電壓為，加速極電壓為，高壓部件供電為直流。以下電路是為替換維修這些顯示器的高壓部件而設計（電路選自網絡文章，原作者不詳）。該電路的設計也可為其他升壓電路設計提供參考?；驹恚簶嫵擅}沖發(fā)生器，調節(jié)電位

14、器可使之產生頻率為左右的脈沖，電位器調脈寬。為推動級，脈沖變壓器采用反極性激勵，即導通時截止，截止時導通，、及、組成高壓保護電路。用于調頻率，調節(jié)可調整高壓大小。選用精密可調電阻。可選用彩電行輸出變壓器變通使用。筆者選用的是東洋系列（英寸）彩電的行輸出變壓器，采用此變壓器陽極電壓可達，再適當選取的阻值使加速極電壓為、的阻值使聚焦極電壓為即可。整個部件采用鋁盒封裝，鋁殼接地，這樣可減少對電路干擾。一個DC-DC升壓電路。Q1、Q2、R1、C2、L1組成一個震蕩電路。D1，C3是整流濾波電路，D2、D5、Q3、R2是穩(wěn)壓控制電路，這部分電路可以用一個穩(wěn)壓二極管替代。這個電路負載直接接LED，有點不合理。我的理解大概是這樣的:當大電流給電容C2充電時,R1端電位高,導致Q1 Q2止;當充電電流變小時,Q1 Q2通,電感兩端行成很高的反壓,同時電容C2通過Q2放電,當電容端電壓放到一定值時,電感反壓使給電容充電的電流又達到了一定值,使R1端電位高使Q1 Q2截止;反復這樣.當.Q1基極上有一電壓上升時，會使得C2右端的電壓產生一個大的上升，由于電容上的電壓不能突變，所以形成正反饋的作用，使得Q1基極電位迅速增大，從而Q1、Q2很快截止。然后就是C2的充電，使得Q1基極的電位下降，于是兩個三極管退出截止，進入飽和狀態(tài).接下來便