电感式DCDC升压原理

电感式DC/DC 升压原理
什么是电感型升压DC/DC转换器?
如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路,闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流,多个开关周期以后输出电容的电压升高,结果输出电压高于输入电压。
决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么?
在图2所示的实际电路中,带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关,MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定,占空比为50%时,输出电压为输入电压的两倍。将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍,对实际的有损耗电路,输入电流还要稍高。
输入电流大小达到输出电流的两倍,对实际的有损耗电路,输入电流还要稍高。
电感值如何影响电感型升压转换器的性能?
拖把头因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流,所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。等效串联电阻值低的电感,其功率转换效率最佳。要对电感饱和电流额定值进行选择,使其大于电路的稳态电感电流峰值。
电感型升压转换器IC电路输出二极管选择的原则是什么?
升压转换器要选快速肖特基整流二极管。与普通二极管相比,肖特基二极管正向压降小,使其功耗低并且效率高。肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压。
肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压。
怎样选择电感型升压转换器IC电路的输入电容?
升压调节器的输入为三角形电压波形,因此要求输入电容必须减小输入纹波和噪声。纹波的幅度与输入电容值的
大小成反比,也就是说,电容容量越大,纹波越小。如果转换器负载变化很小,并且输出电流小,使用小容量输入电容也很安全。如果转换器输入与源输出相差很小,也可选小体积电容。如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小,就可能需要大容量电容,并(或)减小等效串联电阻(ESR)。
在电感型升压转换器IC电路中,选择输出电容时要考虑哪些因素?
输出电容的选择决定于输出电压纹波。在大多数场合,要使用低ESR电容,如陶瓷和聚合物电解电容。如果使用电容,就需要仔细查看转换器频率补偿,并且在输出电路端可能需要加一额外电容。
高ESR电容,就需要仔细查看转换器频率补偿,并且在输出电路端可能需要加一额外电容。
进行电感型升压转换器IC 电路布局时需要考虑哪些因素?
首先,输入电容应尽可能靠近IC ,这样可以减小影响IC 输入电压纹波的铜迹线电阻。其次,将输出电容置于IC 附近。连接输出电容的铜迹线长会影响输出电压纹波。第三点是,尽量减小连接电感和输出二极管的迹线长度,减小功耗并提高效率。最后一点是,输出反馈电阻远离电感可以将噪声影响降至最小。功耗并提高效率。最后一点是,输出反馈电阻远离电感可以将噪声影响降至最小。
电感型升压转换器应用在哪些场合?
电感型升压转换器的一个主要应用领域是为电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光白光LED 供电,
该白光LED 能为电池供电系统的液晶显示(LCD )面板提供背光。在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。直流电压稳压器中也可使用。
要了解电感式升压要了解电感式升压//降压的原理降压的原理((我今天只讲升压我今天只讲升压),),),首先必须要了解电感的一些特性首先必须要了解电感的一些特性:电磁转换与磁储能电磁转换与磁储能..其它所有参数都是由这两个特性引出来的特性引出来的..先看看下面的图先看看下面的图:  :
电感回路通电瞬间电感回路通电瞬间  (原文件名:1.JPG)
相信有初中文化是坛友们都知道相信有初中文化是坛友们都知道,一个电池对一个线圈通电一个电池对一个线圈通电,,这是个电磁铁这是个电磁铁..不论你是否科盲不论你是否科盲,,你一定会奇怪你一
定会奇怪,,这有什么值得分析的呢这有什么值得分析的呢? ? 有!我们要分析它通电和断电的瞬间发生了什么我们要分析它通电和断电的瞬间发生了什么.  .
线圈线圈((以后叫作以后叫作""电感电感""了)有一个特性有一个特性---------电磁转换电磁转换电磁转换,,电可以变成磁电可以变成磁,,磁也可以变回电磁也可以变回电..当通电瞬间当通电瞬间,,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而断电瞬磁会变成电,,从电感中释放出来从电感中释放出来.  .
摄像头测试现在我们看看下图现在我们看看下图,,断电瞬间发生了什么断电瞬间发生了什么:  :
断电瞬间断电瞬间  (原文件名:2.JPG)
前面我说过了前面我说过了前面我说过了,,电感内的磁能会在电感断电时重新变回电,然而问题来了然而问题来了::此时回路已经断开此时回路已经断开,,电流无处可以电流无处可以,,磁如何能转换
成电流呢磁如何能转换成电流呢? ? 很简单很简单,,电感两端会出现高压电感两端会出现高压!!电压有多高呢电压有多高呢??无穷高无穷高,,直到击穿任何阻挡电流前进的介质为止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--------升压特性升压特性升压特性..当回路断开时当回路断开时,,电感内的能量会以无穷高电压的形式变换回电,电压能升多高电压能升多高,,仅取仅取  决于介质变的击穿电压决于介质变的击穿电压.  .
现在可以小结一下了现在可以小结一下了:  :
下面是正压发生器下面是正压发生器,,你不停地扳动开关你不停地扳动开关,,从输入处可以得到无穷高的正电压从输入处可以得到无穷高的正电压..电压到底升到多高电压到底升到多高,,取决于你在二极管的另一端接了什么东西 让电流有处可去让电流有处可去..如果什么也不接如果什么也不接,,电流就无处可去电流就无处可去,,于是电压会升到足够高于是电压会升到足够高,,将开关击穿将开关击穿,,能量以热的形式消耗掉能量以热的形式消耗掉.  .
正压发生器原理图正压发生器原理图  (原文件名:3.JPG) 负压发生器原理图负压发生器原理图  (原文件名:4.JPG)
下面是负压发生器下面是负压发生器,,你不停地扳动开关你不停地扳动开关,,从输入处可以得到无穷高的负电压从输入处可以得到无穷高的负电压.  .
上面说的都是理论上面说的都是理论,,现在来点实际的电子线路图现在来点实际的电子线路图,,看看正看看正//负压发生器的负压发生器的""最小系统最小系统""到底什么样子到底什么样子:  :
实际电子线路实际电子线路  (原文件名:5.JPG)
你可以很清楚看到演变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.  .
不要小看这两个图不要小看这两个图,,事实上事实上,,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所以掌握这两个图非常重要.  .
最后要提提磁饱合的问题最后要提提磁饱合的问题..什么是磁饱合什么是磁饱合?  ?
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将能量以磁场方式保存,,但能存多少呢但能存多少呢??存满之后会发生什么情况呢?
1.1.存多少存多少存多少: ": ": "最大磁通量最大磁通量最大磁通量""这个参数就是干这个用的这个参数就是干这个用的,,很显然很显然,,电感不能无限保存能量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,对于每个电感来说个电感来说,,这是一个常数这是一个常数,,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安供电时必须工作于多高的频率下.  .
2.2.存满之后会如何存满之后会如何存满之后会如何: : : 这就是磁饱合的问题这就是磁饱合的问题这就
是磁饱合的问题..饱合之后饱合之后,,电感失去一切电感应有的特性,变成一纯电阻变成一纯电阻,,并以热的形式消耗掉能量并以热的形式消耗掉能量. .
DC/DC 升压原理
升压式DC/DC 变换器主要用于输出电流较小的场合,只要采用1~2节电池便可获得3~12V 工
作电压,工作电流可达几十毫安至几百毫安,其转换效率可达70%-80%。
升压式DC/DC 变换器的基本工作原理如图所示。电路中的VT 为开关管,当脉冲振荡器对双稳态电路置位(即Q 端为1)时,VT 导通,电感VT 中流过电流并储存能量,直到电感电流在RS 上的压降等于比较器设定的闽值电压时,双稳态电路复位,即Q 端为0。此时VT 截止,电感LT 中储存的能量通过一极管VD1供给负载,同时对C 进行充电。当负载电压要跌落时,电容C 放电,这时输出端可获得高于输大端的稳定电压。输出的电压由分压器R1和 R2分压后输入误差放大器,并与基准电压一起去
控制脉冲宽度,由此而获得所需要的电压,即V0=VR*(R1/R2+1) 式中:VR——基准电压。
降压式DC/DC变换器的输出电流较大,多为数百毫安至几安,因此适用于输出电流较大的场合。降压式DC/DC变换器基本工作原理电路如图所示。VT1为开关管,当VT1导通时,输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电,与此同时也向电容C2充电。
在这个过程中,电容C2及电感L1中储存能量。当VT1截止时,由储存在电感L1中的能量继续向RL供电,当输出电压要下降时,电容C2中的能量也向RL放电,维持输出电压不变。二极管VD1为续流二极管,以便构成电路回路。输出的电压Vo经R1和R2组成的分压器分压,把输出电压的信号反馈至控制电路,由控制电路来控制开关管的导通及截止时间,使输出电压保持不变。
DC/DC升压稳压器原理
DC/DC升压有三种基本工作方式:
一种是电感电流处于连续工作模式,即电感上电流一直有电流;
一种是电感电流处于断续工作模式,即在开关截止末期电感上电流发生断流;
透风窗还有一种是电感电流处于临界连续模式,即在开关截止期间电感电流刚好变为“0”时,开关又导通给电感储能。
下面我们将主要介绍连续工作模式及断续工作模式的工作原理。
连续工作模式
当稳压器有一定负载时,电感电流处于连续工作模式。当开关导通时,如图1所示,电感和电容进行储能,电感电流不能突变,电流线性增加,也给电容C1进行充电。当开关截止时,如图2所示,负载
电流由电感和电容提供,电感电流不能突变,继续给负载
输出电流,给负载供电。电流IL和ID的电流变化和电容电压变化如图3所示。当开关管导通时:△IL=Vin*D/L1;当开关管截止时:△IL=Vout*(1-D)/L1;根据以上两个式子得出:
Vout=Vin/(1-D) (D为占空比)
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开关导通态(Ton)开关导通态(Toff)断续工作模式短裤避孕
当稳压器处于轻负载或无负载时,电感电流处于连续工作模式波形图如图4所示。

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