升壓電路原理分析-DC/DC升壓電路原理及工作方式詳解

升壓電路簡(jiǎn)介

升壓電路原理是本文的重點(diǎn)，我們先來(lái)了解什么是升壓電路。升壓電路也叫自舉電路，是利用自舉升壓二極管，自舉升壓電容等電子元件，使電容放電電壓和電源電壓疊加，從而使電壓升高，有的電路升高的電壓能達(dá)到數(shù)倍電源電壓。

升壓電路原理

升壓電路原理如下：舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：有一個(gè)12V的電路，電路中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管需要15V的驅(qū)動(dòng)電壓，這個(gè)電壓怎么弄出來(lái)？就是用自舉。通常用一個(gè)電容和一個(gè)二極管，電容存儲(chǔ)電荷，二極管防止電流倒灌，頻率較高的時(shí)候，自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容上的電壓，起到升壓的作用。

自舉電路只是在實(shí)踐中定的名稱，在理論上沒(méi)有這個(gè)概念。自舉電路主要是在甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路中使用較為普遍。甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路在理論上可以使輸出電壓Vo達(dá)到Vcc的一半，但在實(shí)際的測(cè)試中，輸出電壓遠(yuǎn)達(dá)不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一個(gè)高于Vcc的電壓。所以采用自舉電路來(lái)升壓。

常用自舉電路（摘自fairchild，使用說(shuō)明書(shū)AN-6076《供高電壓柵極驅(qū)動(dòng)器IC 使用的自舉電路的設(shè)計(jì)和使用準(zhǔn)則》），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。基本電路圖見(jiàn)圖1.

升壓電路原理

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。

（1）充電過(guò)程

升壓電路原理的充電過(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。

升壓電路原理

（2）放電過(guò)程

升壓電路原理的放電過(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。

升壓電路原理

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。如果電感量足夠大，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。

升壓電路原理

常用升壓電路

1、P溝道高端柵極驅(qū)動(dòng)器

直接式驅(qū)動(dòng)器：適用于最大輸入電壓小于器件的柵- 源極擊穿電壓。

開(kāi)放式收集器：方法簡(jiǎn)單，但是不適用于直接驅(qū)動(dòng)高速電路中的MOSFET。

電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器：適用于高速應(yīng)用，能夠與常見(jiàn)PWM 控制器無(wú)縫式工作。

2、N溝道高端柵極驅(qū)動(dòng)器

直接式驅(qū)動(dòng)器：MOSFET最簡(jiǎn)單的高端應(yīng)用，由PWM 控制器或以地為基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，但它必須滿足下面兩個(gè)條件：

1、VCC<Vgs,max

2、Vdc<VCC-Vgs,miller

浮動(dòng)電源柵極驅(qū)動(dòng)器:獨(dú)立電源的成本影響是很顯著的。光耦合器相對(duì)昂貴，而且?guī)捰邢蓿瑢?duì)噪聲敏感。

變壓器耦合式驅(qū)動(dòng)器:在不確定的周期內(nèi)充分控制柵極，但在某種程度上，限制了開(kāi)關(guān)性能。但是，這是可以改善的，只是電路更復(fù)雜了。

電荷泵驅(qū)動(dòng)器:對(duì)于開(kāi)關(guān)應(yīng)用，導(dǎo)通時(shí)間往往很長(zhǎng)。由于電壓倍增電路的效率低，可能需要更多低電壓級(jí)泵。

自舉式驅(qū)動(dòng)器:簡(jiǎn)單，廉價(jià)，也有局限；例如，占空比和導(dǎo)通時(shí)間都受到刷新自舉電容的限制。

DC/DC 升壓電路原理

升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場(chǎng)合，只要采用1~2節(jié)電池便可獲得3~12V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(kāi)關(guān)管，當(dāng)脈沖振蕩器對(duì)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(guò)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(guò)一極管VD1供給負(fù)載，同時(shí)對(duì)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(chǎng)合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖所示。VT1為開(kāi)關(guān)管，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vi通過(guò)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(guò)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(hào)反饋至控制電路，由控制電路來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通及截止時(shí)間，使輸出電壓保持不變。

升壓電路原理