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(zhuǎn)換器？ 如圖1所示為簡化的電感型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路，閉合開關(guān)會(huì)引起通過電感的電流增加。打開開關(guān)會(huì)促使電流通過二極管流向輸出電容。因儲(chǔ)存來自電感的電流，多個(gè)開關(guān)周期以后輸出電容的電壓升高，結(jié)果輸出電壓高于輸入電壓。決定電感型升壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓的因素是什么？ 在圖2所示的實(shí)際電路中，帶集成功率MOSFET的IC代替了機(jī)械開關(guān)，MOSFET的開、關(guān)由脈寬調(diào)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(shí)，輸出電壓為輸入電壓的兩倍。將電壓提高一倍會(huì)使輸入電流大小達(dá)到輸出電流的兩倍，對實(shí)際的有損耗電路，輸入電流還要

2、稍高。 電感值如何影響電感型升壓轉(zhuǎn)換器的性能？ 因?yàn)殡姼兄涤绊戄斎牒洼敵黾y波電壓和電流，所以電感的選擇是感性電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。等效串聯(lián)電阻值低的電感，其功率轉(zhuǎn)換效率最佳。要對電感飽和電流額定值進(jìn)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(zhuǎn)換器IC電路輸出二極管選擇的原則是什么？ 升壓轉(zhuǎn)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(yīng)大于電路最大輸出電壓。 怎樣選擇電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路的輸入電容？ 升壓調(diào)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

3、，也就是說，電容容量越大，紋波越小。如果轉(zhuǎn)換器負(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器IC電路中，選擇輸出電容時(shí)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(xì)查看轉(zhuǎn)換器頻率補(bǔ)償，并且在輸出電路端可能需要加一額外電容。 進(jìn)行電感型升壓轉(zhuǎn)換器IC電路布局時(shí)需要考慮哪些因素？ 首先，輸入電容應(yīng)盡可能靠近IC，這樣可以減小影響

4、IC輸入電壓紋波的銅跡線電阻。其次，將輸出電容置于IC附近。連接輸出電容的銅跡線長會(huì)影響輸出電壓紋波。第三點(diǎn)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(diǎn)是，輸出反饋電阻遠(yuǎn)離電感可以將噪聲影響降至最小。 電感型升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用在哪些場合？ 電感型升壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)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(zhuǎn)換與磁儲(chǔ)能.其它所有參數(shù)都是由這兩個(gè)特性引出來的.先看看下面的圖: 電感回路通電瞬間

5、 (原文件名:1.JPG)  相信有初中文化是壇友們都知道,一個(gè)電池對一個(gè)線圈通電,這是個(gè)電磁鐵.不論你是否科盲,你一定會(huì)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(gè)特性-電磁轉(zhuǎn)換,電可以變成磁,磁也可以變回電.當(dāng)通電瞬間,電會(huì)變?yōu)榇挪⒁源诺男问絻?chǔ)存在電感內(nèi).而斷電瞬磁會(huì)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(nèi)的磁能會(huì)在電感斷電時(shí)重新變回電,然而問題來了:此時(shí)回路已經(jīng)斷開,電流無處可以,磁

6、如何能轉(zhuǎn)換成電流呢?很簡單,電感兩端會(huì)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(jìn)的介質(zhì)為止. 這里我們了解了電感的第二個(gè)特性-升壓特性.當(dāng)回路斷開時(shí),電感內(nèi)的能量會(huì)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(zhì)變的擊穿電壓. 現(xiàn)在可以小結(jié)一下了: 下面是正壓發(fā)生器,你不停地扳動(dòng)開關(guān),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(huì)升到足夠高,將開關(guān)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(fù)壓發(fā)生器原理圖 (原文件名

7、:4.JPG)下面是負(fù)壓發(fā)生器,你不停地扳動(dòng)開關(guān),從輸入處可以得到無窮高的負(fù)電壓. 上面說的都是理論,現(xiàn)在來點(diǎn)實(shí)際的電子線路圖,看看正/負(fù)壓發(fā)生器的"最小系統(tǒng)"到底什么樣子: 實(shí)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(guān)換成了三極管換而已. 不要小看這兩個(gè)圖,事實(shí)上,所以開關(guān)電源都是由這兩個(gè)圖組合變換而來,所以掌握這兩個(gè)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(chǔ)存能量,將能量以磁場方式保存,但能存多少呢?存滿之后會(huì)發(fā)生什么情況呢? 1.存多少: "最大磁

8、通量"這個(gè)參數(shù)就是干這個(gè)用的,很顯然,電感不能無限保存能量,它存儲(chǔ)能量的數(shù)量由電壓與時(shí)間的乘積決定,對于每個(gè)電感來說,這是一個(gè)常數(shù),根據(jù)這個(gè)常數(shù)你可以算出一個(gè)電感要提供N伏M安供電時(shí)必須工作于多高的頻率下. 2.存滿之后會(huì)如何: 這就是磁飽合的問題.飽合之后,電感失去一切電感應(yīng)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(dá)幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)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(guān)管，當(dāng)脈沖振

9、蕩器對雙穩(wěn)態(tài)電路置位(即Q端為1)時(shí)，VT導(dǎo)通，電感VT中流過電流并儲(chǔ)存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設(shè)定的閩值電壓時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，即Q端為0。此時(shí)VT截止，電感LT中儲(chǔ)存的能量通過一極管VD1供給負(fù)載，同時(shí)對C進(jìn)行充電。當(dāng)負(fù)載電壓要跌落時(shí)，電容C放電，這時(shí)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(zhǔn)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(zhǔn)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

10、圖所示。VT1為開關(guān)管，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vi通過電感L1向負(fù)載RL供電，與此同時(shí)也向電容C2充電。 在這個(gè)過程中，電容C2及電感L1中儲(chǔ)存能量。當(dāng)VT1截止時(shí)，由儲(chǔ)存在電感L1中的能量繼續(xù)向 RL供電，當(dāng)輸出電壓要下降時(shí)，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(gòu)成電路回路。輸出的電壓Vo經(jīng)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(guān)管的導(dǎo)通及截止時(shí)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

11、作模式，即在開關(guān)截止末期電感上電流發(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(guān)截止期間電感電流剛好變?yōu)椤?”時(shí)，開關(guān)又導(dǎo)通給電感儲(chǔ)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(dāng)穩(wěn)壓器有一定負(fù)載時(shí)，電感電流處于連續(xù)工作模式。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，如圖 1所示，電感和電容進(jìn)行儲(chǔ)能，電感電流不能突變，電流線性增加，也給電容C1進(jìn)行充電。當(dāng)開關(guān)截止時(shí)，如圖 2所示，負(fù)載電流由電感和電容提供，電感電流不能突變，繼續(xù)給負(fù)載輸出電流，給負(fù)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(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)：IL=Vin*D/L1；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)：IL=Vout*(1

12、-D)/L1;根據(jù)以上兩個(gè)式子得出：Vout=Vin/(1-D) （D為占空比）開關(guān)導(dǎo)通態(tài)（Ton）開關(guān)導(dǎo)通態(tài)（Toff）斷續(xù)工作模式當(dāng)穩(wěn)壓器處于輕負(fù)載或無負(fù)載時(shí)，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(shè)計(jì) 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(chǎn)生低壓脈沖脈沖變壓器升壓到預(yù)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(shè)備中

13、，都是通過直流升壓電路獲得電路中所需要的高電壓，這些設(shè)備包括：手機(jī)、傳呼機(jī)等無線通訊設(shè)備、照相機(jī)中的閃光燈、便攜式視頻顯示裝置、電蚊拍等電擊設(shè)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(diǎn)：電路簡單、低成本；缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)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(jī)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(shè)計(jì)（電路選自網(wǎng)絡(luò)文章，原作者不詳）。該電路的設(shè)計(jì)也可為其他升壓電路設(shè)計(jì)提供參考?；驹?/p>

14、理：構(gòu)成脈沖發(fā)生器，調(diào)節(jié)電位器可使之產(chǎn)生頻率為左右的脈沖，電位器調(diào)脈寬。為推動(dòng)級，脈沖變壓器采用反極性激勵(lì)，即導(dǎo)通時(shí)截止，截止時(shí)導(dǎo)通，、及、組成高壓保護(hù)電路。用于調(diào)頻率，調(diào)節(jié)可調(diào)整高壓大小。選用精密可調(diào)電阻?？蛇x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(dá)，再適當(dāng)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(gè)部件采用鋁盒封裝，鋁殼接地，這樣可減少對電路干擾。一個(gè)DC-DC升壓電路。Q1、Q2、R1、C2、L1組成一個(gè)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(gè)穩(wěn)壓二極管替代。這個(gè)電路負(fù)載直接接LED，有點(diǎn)不合理。我的理解大概是這樣的:當(dāng)大電流給電容C2充電時(shí),R1端電位高,導(dǎo)致Q1 Q2止;當(dāng)充電電流變小時(shí),Q1 Q2通,電感兩端行成很高的反壓,同時(shí)電容C2通過Q2放電,當(dāng)電容端電壓放到一定值時(shí),電感反壓使給電容充電的電流又達(dá)到了一定值,使R1端電位高使Q1 Q2截止;反復(fù)這樣. 當(dāng).Q1基極上有一電壓上升時(shí)，會(huì)使得C2右端的電壓產(chǎn)生一個(gè)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(gè)三極管退出截止，進(jìn)入飽和狀態(tài).接下來便