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  • 升压原理
    2020-02-04 17:49:59

    BOOST升压电路中:
         电感的作用:是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件,当MOS开关管闭合后,电感将电能转换为磁场能储存起来,当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能,且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载,由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的,所以输出电压高于输入电压,既升压过程的完成;
        肖特基二极管主要起隔离作用,即在MOS开关管闭合时,肖特基二极管的正极电压比负极电压低,此时二极管反偏截止,使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电;因在MOS管断开时,两种叠加后的能量通过二极向负载供电,此时二极管正向导通,要求其正向压降越小越好,尽量使更多的能量供给到负载端!!

    電感升壓原理:

    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。

    电感值如何影响电感型升压转换器的性能?

    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。

    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。

    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。

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    电荷泵,一个听起来很高大上的名词,其电路设计其实运用到很多领域。其不仅仅可以实现升压的目的,还可以用来实现生成负压的作用。就其原理,大家还是自行百度领悟吧,这里小编就不复制粘贴网文了!

    就拿小编所从事的领域来说,其主要集成在充电芯片中。

    电荷泵电路的设计,说难也不难,因为要想设计,可以简单的设计出来。说简单吧,也不能说简单,因为小编曾见到过很复杂的电荷泵的运用,然而无论如何,其终究道理是一样的。

    所以呢,基于工作上遇到的情况,小编还是今天还是想讲一下利用电荷泵起到升压的作用的电路设计。

    在这里插入图片描述
    图示为最简单的升压电路的设计。

    XFG1提供峰值为5V 频率为10KHz的方波。所以电路可从XFG1高低电平两个阶段进行分析。
    在不考虑二极管压降的前提下
    (a)当XFG1输入为0V时,此时VCC通过D1与D2为C3 C4充电,此时A2 B2点电压为5V。
    (b)当XFG1输入为5V时,可等效于两个5V电源串联,此时A2点瞬时电压为10V,因为A2与B2存在压差,所以电荷会从A2流向B2,随着时间消逝,最终C3电压与C4平均相等,均为7.5V。此时C3正负极压差为2.5V。
    ©当XFG1再次输入0V时,由于电容电压不能突变,所以此时A2点电压为2.5V。由于D2的存在C4的电荷不能流向C3,VCC电荷流向C3,C3很快被充电至5V。
    (4)当XFG1输入为5V时,C3的状态又回到了(b)的状态,其上端电压为10V,电荷继续流向C4,最终A2 B2两者电压均为8.75V。
    (5)XFG1如此反复高低电平转换。C3的电压也在XFG1为高时,上端瞬时电压变为10V,其不停的给C4赋予电荷,所以C4上端电压不停的升高,直至最终C4上端电压为10V时,不再传递电荷,此时输出电压为10V,为VCC的二倍,起到了升压的作用。
    在这里插入图片描述
    由于二极管存在约0.4V的压降,所以最终的输出电压与理想值差了一些。

    这样一个简单的电荷泵升压电路就设计出来了,其原理也大致如此。明白了电路设计,我们还可以自行延伸,设计三倍升压,四倍升压等,这就要靠大家自己发挥了!

    展开全文
  • 电感式DC/DC 升压原理

    万次阅读 2017-05-16 10:16:23
    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...
    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

    电感值如何影响电感型升压转换器的性能?
    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。



    (原文件名:1.PNG)  


    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。



    (原文件名:2.PNG)  


    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。
    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。

    要了解电感式升压/降压的原理(我今天只讲升压),首先必须要了解电感的一些特性: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.先看看下面的图:

    (原文件名:3.PNG)  

    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,一个电池对一个线圈通电,这是个电磁铁.不论你是否科盲,你一定会奇怪,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.
    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:


    (原文件名:4.PNG)  


    断电瞬间 (原文件名:2.JPG)
        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.
    现在可以小结一下了:
    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.


    (原文件名:5.PNG)  

    正压发生器原理图 (原文件名:3.JPG) 负压发生器原理图 (原文件名:4.JPG)
    下面是负压发生器,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:

    (原文件名:6.PNG)  


    实际电子线路 (原文件名:5.JPG)
    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.
    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。

    (原文件名:7.PNG)  

    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;
      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)

    (原文件名:8.PNG)  


     
    开关导通态(Ton)        开关导通态(Toff)
      断续工作模式
      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。




    图 3 DC/DC升压稳压电感电流连续工作模式波形图         
             

    图 4 DC/DC升压稳压电感电流断续工作模式波形图




    几款直流升压电路原理与设计
        直流升压就是将电池提供的较低的直流电压,提升到需要的电压值,其基本的工作过程都是:高频振荡产生低压脉冲——脉冲变压器升压到预定电压值——脉冲整流获得高压直流电,因此直流升压电路属于DC/DC电路的一种类型。
      在使用电池供电的便携设备中,都是通过直流升压电路获得电路中所需要的高电压,这些设备包括:手机、传呼机等无线通讯设备、照相机中的闪光灯、便携式视频显示装置、电蚊拍等电_击设备等等。
      一、几种简单的直流升压电路
      以下是几种简单的直流升压电路,主要优点:电路简单、低成本;缺点:转换效率较低、电池电压利用率低、输出功率小。这些电路比较适合用在万用电表中,替代高压叠层电池。


      二、24V供电CRT高压电源
      一些照相机CRT使用11.4cm(4.5英寸)纯平面CRT作为显示部件,其高压部件的阳极电压为+20kV,聚焦极电压为+3.2kV,加速极电压为+1000V,高压部件供电为直流24V。以下电路是为替换维修这些显示器的高压部件而设计(电路选自网络文章,原作者不详)。该电路的设计也可为其他升压电路设计提供参考。

    基本原理:NE555构成脉冲发生器,调节电位器VR2可使之产生频率为20kHz左右的脉冲,电位器VR1调脉宽。TR1为推动级,脉冲变压器T1采用反极性激励,即TR1导通时TR2截止,TR1截止时TR2导通,D3、C9、VR3、R7及D4、R6、TR3组成高压保护电路。VR2用于调频率,调节VR2可调整高压大小。
      VR2选用精密可调电阻。T2可选用彩电行输出变压器变通使用。笔者选用的是东洋SE-1438G系列35cm(14英寸)彩电的行输出变压器,采用此变压器阳极电压可达20kV,再适当选取R8的阻值使加速极电压为+1000V、R9的阻值使聚焦极电压为+3.2kV即可。整个部件采用铝盒封装,铝壳接地,这样可减少对电路干扰。


    一个DC-DC升压电路。Q1、Q2、R1、C2、L1组成一个震荡电路。D1,C3是整流滤波电路,D2、D5、Q3、R2是稳压控制电路,这部分电路可以用一个稳压二极管替代。这个电路负载直接接LED,有点不合理。
    我的理解大概是这样的:当大电流给电容C2充电时,R1端电位高,导致Q1 Q2止;当充电电流变小时,Q1 Q2通,电感两端行成很高的反压,同时电容C2通过Q2放电,当电容端电压放到一定值时,电感反压使给电容充电的电流又达到了一定值,使R1端电位高使Q1 Q2截止;反复这样.... 当
    .
    Q1基极上有一电压上升时,会使得C2右端的电压产生一个大的上升,由于电容上的电压不能突变,所以形成正反馈的作用,使得Q1基极电位迅速增大,从而Q1、Q2很快截止。然后就是C2的充电,使得Q1基极的电位下降,于是两个三极管退出截止,进入饱和状态.接下来便是C2的放电了。如此往返。
    但是我不是很理解电感L的作用。如果Q1、Q2集电极都是电源VCC的话,好像我上面的推导才正确。


    上电瞬间通过R1/R2给电容充电,当C1的电压达到能使VT1导通时,VT2导通,T的初级绕组开始有电流流过,此时C放电,当C放电到不能使VT1导通时,VT1,VT2关断,T中电流减小,同时T的次级线圈中开始感应出电流,当T的初级线圈中无电流流过,C又开始充电,如此反复振荡,在T的次级线圈中就会感应出电压来.大概就是这样一个工作过程,说得不好请指出.


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空空如也

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升压原理

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