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原创 升压型DC-DC转换电路工作原理

2019-7-23 21:42 89 1 1 分类: 电源/新能源 文集: 综合文档

升压型DC-DC转换电路工作原理

DC-DC转换器分为三类:Boost升压型DC-DC转换器、BUCK降压型DC-DC转换器以及 Boost-BUCK升降压型DC-DC转换器三种,如果电路低压采用DC-DC转换电路,应该是Boost升压型DC-DC转换电路,并且输入电压、输出电压都是直流电压,而且输入电压比输出电压低,基本拓扑结构如图

 

 

工作原理分为两个步骤:

步骤一:如图回路1,开关管闭合(MOS管导通,相当于一根导线),这时输入的直流电压流过电感L。二极管D1作用是防止电容C对地放电,同时起到续流作用。由于输入的电压是直流电,因此电感上的电流以一定的比率线性的增加,这个比率跟电感因素有关,随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

 

 

步骤二:如图回路二,当开关管断开时候,由于电感的电流不能突变,也就是说流经电感L的电流不会马上变为零,而是缓慢的由充电完毕时的值变为零,这需要一个过程,而原来的电路回路已经断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容C2充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了,升压过程中,电容要足够大,这样在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流,这两个步骤不断重复,在输出两端就得到高于输入电压的电压。

 

 

实际电路实例如下图

 

 

电感式DC-DC的升压器原理

电感是我们在变压器设计当中较长使用的一种元件,它的主要作用是把电能转化为磁能再存储起来。需要注意的是,虽然电感的结构类似于变压器,但是其只有一个绕组。本篇文章主要介绍了电感式DC-DC的升压器原理,并且本文属于基础性质,适合那些对电感的特性并不了解,但同时又对升压器感兴趣的朋友们。文中的一些原理性知识都能在网上查到,所以这里就不多家赘述了。

想要充分理解电感式升压原理,我们就必须首先知道电感的特性,包括电磁的转换与磁储能。这两点非常重要,因为我们所需要的所有参数都是由这两个特性引出来的。

首先,我们先来观察下面的图:

 

 

各位朋友都知道,上图是电磁铁,一个电池对一个线圈通电。有人可能会奇怪,这么简单的图有什么好分析的呢?我们就是要用这张简单的图来分析它通电和断电的瞬间发生了什么。

线圈(以后叫作电感了)有一个特性---电磁转换,电可以变成磁,磁也可以变回电。当通电瞬间,电会变为磁并以磁的形式储存在电感内。而断电瞬磁会变成电,从电感中释放出来。

现在我们看看下图,断电瞬间发生了什么:

 

 

前面我说过了,电感内的磁能会在电感断电时重新变回电,然而问题来了:此时回路已经断开,电流无处可以,磁如何能转换成电流呢?很简单,电感两端会出现高压!电压有多高呢?无穷高,直到击穿任何阻挡电流前进的介质为止。

这里我们了解了电感的第二个特性----升压特性。当回路断开时,电感内的能量会以无穷高电压的形式变换回电,电压能升多高,仅取决于介质变的击穿电压。

现在我们对以上的内容作一下小结:

下面是正压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的正电压。电压到底升到多高,取决于你在二极管的另一端接了什么东西让电流有处可去。如果什么也不接,电流就无处可去,于是电压会升到足够高,将开关击穿,能量以热的形式消耗掉。

然后是负压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的负电压。

上面说的都是理论,现在来点实际的电子线路图,看看正/负压发生器的最小系统到底什么样子:

你可以很清楚看到演变,电路中仅仅把开关换成了三极管换而已。不要小看这两个图,事实上,所以开关电源都是由这两个图组合变换而来,所以掌握这两个图非常重要。

最后要提提磁饱合的问题。什么是磁饱合?

从上面的背景知道我们可以知道电感能储存能量,将能量以磁场方式保存,但能存多少呢?存满之后会发生什么情况呢?

1. 存多少:最大磁通量这个参数就是干这个用的,很显然,电感不能无限保存能量,它存储能量的数量由电压与时间的乘积决定,对于每个电感来说,这是一个常数,根据这个常数你可以算出一个电感要提供N伏M安供电时必须工作于多高的频率下。

2. 存满之后会如何:这就是磁饱合的问题。饱合之后,电感失去一切电感应有的特性,变成一纯电阻,并以热的形式消耗掉能量。

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