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  • 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
  • 升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理
  •   發(fā)布日期: 2019-05-31  瀏覽次數(shù): 1,252

    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,基本拓撲結(jié)構(gòu)如圖

     

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    工作原理分為兩個步驟:

    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對地放電,同時起到續(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,這個比率跟電感因素有關(guān),隨著電感電流增加,電感里儲存了一些能量。

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    步驟二:如圖回路二,當(dāng)開關(guān)管斷開時候,由于電感的電流不能突變,也就是說流經(jīng)電感L的電流不會馬上變?yōu)榱?,而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)榱悖@需要一個過程,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持續(xù)的電流,這兩個步驟不斷重復(fù),在輸出兩端就得到高于輸入電壓的電壓。

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    實際電路實例如下圖

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    電感式DC-DC的升壓器原理

    電感是我們在變壓器設(shè)計當(dāng)中較長使用的一種元件,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),適合那些對電感的特性并不了解,但同時又對升壓器感興趣的朋友們。文中的一些原理性知識都能在網(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)換與磁儲能。這兩點非常重要,因為我們所需要的所有參數(shù)都是由這兩個特性引出來的。

    首先,我們先來觀察下面的圖:

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    各位朋友都知道,上圖是電磁鐵,一個電池對一個線圈通電。有人可能會奇怪,這么簡單的圖有什么好分析的呢?我們就是要用這張簡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,電會變?yōu)榇挪⒁源诺男问絻Υ嬖陔姼袃?nèi)。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:

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    前面我說過了,電感內(nèi)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(jīng)斷開,電流無處可以,磁如何能轉(zhuǎn)換成電流呢?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(zhì)為止。

    這里我們了解了電感的第二個特性----升壓特性。當(dāng)回路斷開時,電感內(nèi)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(zhì)變的擊穿電壓。

    現(xiàn)在我們對以上的內(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,于是電壓會升到足夠高,將開關(guān)擊穿,能量以熱的形式消耗掉。

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    然后是負壓發(fā)生器,你不停地扳動開關(guān),從輸入處可以得到無窮高的負電壓。

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    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:

    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。不要小看這兩個圖,事實上,所以開關(guān)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。

    升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路工作原理

    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(jù)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(yīng)有的特性,變成一純電阻,并以熱的形式消耗掉能量。


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