升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

DC-DC轉(zhuǎn)換器分為三類：Boost升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器、BUCK降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器以及 Boost-BUCK升降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器三種，如果電路低壓采用DC-DC轉(zhuǎn)換電路，應(yīng)該是Boost升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，并且輸入電壓、輸出電壓都是直流電壓，而且輸入電壓比輸出電壓低，基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖

工作原理分為兩個(gè)步驟：

步驟一：如圖回路1，開關(guān)管閉合(MOS管導(dǎo)通，相當(dāng)于一根導(dǎo)線)，這時(shí)輸入的直流電壓流過電感L。二極管D1作用是防止電容C對(duì)地放電，同時(shí)起到續(xù)流作用。由于輸入的電壓是直流電，因此電感上的電流以一定的比率線性的增加，這個(gè)比率跟電感因素有關(guān)，隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。

步驟二：如圖回路二，當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)候，由于電感的電流不能突變，也就是說流經(jīng)電感L的電流不會(huì)馬上變?yōu)榱?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)榱悖@需要一個(gè)過程，而原來的電路回路已經(jīng)斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容C2充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了，升壓過程中，電容要足夠大，這樣在輸出端就可以在放電過程中保持一個(gè)持續(xù)的電流，這兩個(gè)步驟不斷重復(fù)，在輸出兩端就得到高于輸入電壓的電壓。

實(shí)際電路實(shí)例如下圖

電感式DC-DC的升壓器原理

電感是我們?cè)谧儔浩髟O(shè)計(jì)當(dāng)中較長(zhǎng)使用的一種元件，它的主要作用是把電能轉(zhuǎn)化為磁能再存儲(chǔ)起來。需要注意的是，雖然電感的結(jié)構(gòu)類似于變壓器，但是其只有一個(gè)繞組。本篇文章主要介紹了電感式DC-DC的升壓器原理，并且本文屬于基礎(chǔ)性質(zhì)，適合那些對(duì)電感的特性并不了解，但同時(shí)又對(duì)升壓器感興趣的朋友們。文中的一些原理性知識(shí)都能在網(wǎng)上查到，所以這里就不多家贅述了。

想要充分理解電感式升壓原理，我們就必須首先知道電感的特性，包括電磁的轉(zhuǎn)換與磁儲(chǔ)能。這兩點(diǎn)非常重要，因?yàn)槲覀兯枰乃袇?shù)都是由這兩個(gè)特性引出來的。

首先，我們先來觀察下面的圖：

各位朋友都知道，上圖是電磁鐵，一個(gè)電池對(duì)一個(gè)線圈通電。有人可能會(huì)奇怪，這么簡(jiǎn)單的圖有什么好分析的呢?我們就是要用這張簡(jiǎn)單的圖來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：

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，磁如何能轉(zhuǎn)換成電流呢?很簡(jiǎn)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)在我們對(duì)以上的內(nèi)容作一下小結(jié)：

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。

然后是負(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：

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(chǎng)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(duì)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。