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。
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:
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。
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:
实际电子线路
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。
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)
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。
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