開(kāi)關(guān)直流升壓電子電路工作原理剖析

電容阻礙電壓變化，通高頻、阻低頻，通交流、阻直流;電感阻礙電流變化，通低頻、阻高頻，通直流、阻交流。開(kāi)關(guān)直流升壓電路(即所謂的boost或者step-up電路)原理，the boost converter，或者叫step-up converter，是一種開(kāi)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(jiàn)圖一。

假定那個(gè)開(kāi)關(guān)(三極管或者mos管)已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)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(gè)部分來(lái)說(shuō)明這個(gè)電路。

充電過(guò)程

在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合(三極管導(dǎo)通)，等效電路如圖二，開(kāi)關(guān)(三極管)處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(duì)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(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。

放電過(guò)程

如圖，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(三極管截止)時(shí)的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(三極管截止)時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。

說(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)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(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過(guò)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(bǔ)充1 AA電壓低，反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開(kāi)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(wú)法存應(yīng)有的能量)，線徑太細(xì)的(脈沖電流大，會(huì)有線損大)。2 整流管大都用肖特基，大家一樣，無(wú)特色，在輸出3.3V時(shí)，整流損耗約百分之十。3 開(kāi)關(guān)管，關(guān)鍵在這兒了，放大量要足夠進(jìn)飽和，導(dǎo)通壓降一定要小，是成功的關(guān)鍵?？偣膊乓环?，管子上耗多了就沒(méi)電出來(lái)了，因些管壓降應(yīng)選最大電流時(shí)不超過(guò)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(jiǎn)單點(diǎn)就算1A吧，其實(shí)是不止的。由于效率低會(huì)超過(guò)1.5A，這是平均值，半周供電時(shí)為3A，實(shí)際電流波形為0至6A.所以咱建議要用兩只號(hào)稱5A實(shí)際3A的管子并起來(lái)才能勉強(qiáng)對(duì)付。5 現(xiàn)成的芯片都沒(méi)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堆箅娐妨恕?/p>

開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開(kāi)關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存;開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)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(gè)方面著手：1.盡可能降低開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)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(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)回路的損耗最低;3.盡可能降低控制電路的消耗，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，控制電路的消耗某種意義上是浪費(fèi)掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。