小白也能看懂:附图讲解 Boost升压电路的工作原理

面包板社区 2020-03-28

Boost电路是一种开关直流升压电路,它能够使输出电压高于输入电压。在电子电路设计当中算是一种较为常见的电路设计方式。本篇文章针对新手,将为大家介绍Boost升压电路的工作原理。


首先我们需要知道:

电容阻碍电压变化,通高频,阻低频,通交流,阻直流;

电感阻碍电流变化,通低频,阻高频,通直流,阻交流;


图1 Boost开关升压电路的原理图


假定那个开关(三极管或者MOS管)已经断开了很长时间,所有的元件都处于理想状态,电容电压等于输入电压。


下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。


充电过程



在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路如图2,开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。


放电过程


如图3这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。


说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。


boost电路升压过程



下面是一些补充。


AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上)。


电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大)。


整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十。


开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键。总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联。


最大电流有多大呢?简单点就算1A吧,其实不止。由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A。所以建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付。


现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以建议用土电路就够对付洋电路了。


这些补充内容是教科书本上没有的知识,但是能够与教科书本上的内容进行对照并印证。


开关管导通时,电源经由电感-开关管形成回路,电流在电感中转化为磁能贮存;开关管关断时,电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正,此电压叠加在电源正端,经由二极管-负载形成回路,完成升压功能。既然如此,提高转换效率就要从三个方面着手:尽可能降低开关管导通时回路的阻抗,使电能尽可能多的转化为磁能;尽可能降低负载回路的阻抗,使磁能尽可能多的转化为电能,同时回路的损耗最低;尽可能降低控制电路的消耗,因为对于转换来说,控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的,不能转化为负载上的能量。


本篇文章从充放电两个方面来对Boost电路的原理进行了讲解。并在最后补充了一些书本上没有的知识,整体属于较为新手向的文章,希望大家在阅读过本篇文章之后,能对Boost电路的基本原理有进一步了解。


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