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boost升压电路作用「boost升压电感饱和」

时间:2023-03-27 09:33:02来源:搜狐

今天带来boost升压电路作用「boost升压电感饱和」,关于boost升压电路作用「boost升压电感饱和」很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

将二个电压叠加就实现的电压的提升,这就是升压变换器的基本原理。

使用储能元件从输入电源获取能量得到一个电压,然后将它和输入电压顺向串联,就可以实现升压功能。电容和电感是二种常用的储能元件,如果使用电容实现这个功能,这种升压变换器称为电容充电泵;如果使用电感实现这个功能,这种升压变换器称为BOOST变换器。另外,也可以将直流电压变为交流,然后使用高频变压器升压,如反激、正激、推挽、半桥和全桥等电源结构。本文只讨论前面二种结构的演变过程。

1、电感BOOST变换器

输入电压Vin加到电感两端,电感激磁并将能量储存在电感中,电感和输入电压断开后,电感的电流不能突变:L•di/dt=Vin,电感中变化的电流产生感应电压,感应电压的方向右正左负,如图1所示。



图1:电感激磁储能


将感应电压的负端连接到输入电压的正端,也就是电感的感应电压和输入电压顺向串联,感应电压的正端就可以得到高于输入电压的电压,从而实现电压的抬升。



图2:电感和输入电压顺向叠加


图中的A点,当电感激磁储能时,其连接到输入电源的地;当电感的感应电压叠加到输入电压时,其连接到输出端,A点是一个动点,有时连接到地,有时连接到输出,因此,A点和地、输出之间,需要各加一个可以进行连通和断开的开关元件,实现这个功能。

(1)将功率MOSFET连接在A点和输入电源的地之间,如图3所示,就可以实现上面的功能。这个开关管导通时,电感激磁储能,因此,称之为主功率MOSFET。



图3:电感和地的控制开关


(2)将另一个功率MOSFET连接在A点和输出之间,同样也实现上面的功能。

注意到电感的感应电压叠加到输入电压时,电感是去磁、释放能量的过程,A点和输出之间流过的是电感去磁产生的被动的单向电流,因此也可以用一个具有单向导电性的二极管,来代替功率MOSFET,如图4所示。



图4:电感和输出的控制开关


电感去磁产生的感应电压和输入电压顺向叠加,实现升压的功能;电感的动点和地之间插入主功率MOSFET,电感的动点和输出之间插入隔离二极管,就组成了基本的BOOST变换器。输出二极管换成功率MOSFET,称之为同步BOOST变换器,实现更高的效率。

输出电压加入反馈调节,同时加入过流、过温、过压、欠压、软起动等一些保护功能去控制BOOST变换器主电路,就构成BOOST变换器的控制芯片。如果将主功率MOSFET、输出二极管或同步MOSFET也集成到芯片里面,就构成单芯片BOOST变换器。

2、电容充电泵

电容充电泵原理如图5所示,K1、K2开通,输入电源给电容Cs充电;然后K1、K2断开,将电容Cs的负端通过K4连接到输入电源的正端,电容Cs的正端通过K3连接到输出,这样电容Cs的电压就叠加在输入电压上,从而实现电压的提升。通过多级充电泵的叠加,可以得到更高的电压。



图5:电容充电泵原理


3、DCDC变换器中的升压、负压充电泵

BOOST变换器的开关节点SW(A点)的电压在0、Vo之间相互切换,是一个电压浮动点、动点,那么意味着可以用SW这个电压浮动点,组成电容充电泵,实现另一路高压或负压的输出,电路结构和工作原理如图6所示。

(1)MOSFET导通:电容C1连接到SW点,SW的电压为0,使用稳定的电压如Vo,给电容C1充电,就可以将C1的电压充到Vo。

(2)MOSFET关断,D1导通:SW的电压升高为Vo,C1的A点电压相对于地抬升到2*Vo。

其中,D2、D3具有单向导电性,起导通和隔离作用。同样的方法,可以通过多级充电泵,实现更高的输出。


(a) 充电泵原理


(b) 多级充电泵

图6:BOOST变换器组成充电泵


使用充电泵还可以得到负压输出,如图7所示。

(1)D1导通,SW的电压为Vo,Vo通过C1、D1,将C1的电压充到Vo,C1上正下负。

(2)MOSFET导通,SW的电压为0,C1的上端电压0,下端A点电压为-Vo,D3导通,输出负电压。



图7:BOOST变换器组成负压充电泵


从上面的分析可以知道,DCDC变换器中所有的电压浮动点,都可以用同样的方式得到充电泵,如BUCK变换器的开关节点,从而实现多路的输出。充电泵电路输出电压没有反馈,负载和线性调整率差,合适于小电流输出的应用,输出可以加稳压管或三端稳压器提高输出稳定度。

BUCK、BOOST变换器的电感所加的电压为交流电压,也可以在BUCK、BOOST变换器的电感多加一个绕组,得到另外一组输出电压,第二绕组工作方式可以是反激也可以是正激,其输出电压可以为正也可以为负。

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