升压型DC-DC转换电路工作原理

升压型DC-DC转换电路工作原理

DC-DC转换器分为三类：Boost升压型DC-DC转换器、BUCK降压型DC-DC转换器以及 Boost-BUCK升降压型DC-DC转换器三种，如果电路低压采用DC-DC转换电路，应该是Boost升压型DC-DC转换电路，并且输入电压、输出电压都是直流电压，而且输入电压比输出电压低，基本拓扑结构如图

 

 

工作原理分为两个步骤：

步骤一：如图回路1，开关管闭合(MOS管导通，相当于一根导线)，这时输入的直流电压流过电感L。二极管D1作用是防止电容C对地放电，同时起到续流作用。由于输入的电压是直流电，因此电感上的电流以一定的比率线性的增加，这个比率跟电感因素有关，随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

 

 

步骤二：如图回路二，当开关管断开时候，由于电感的电流不能突变，也就是说流经电感L的电流不会马上变为零，而是缓慢的由充电完毕时的值变为零，这需要一个过程，而原来的电路回路已经断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容C2充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，升压过程中，电容要足够大，这样在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流，这两个步骤不断重复，在输出两端就得到高于输入电压的电压。

 

 

实际电路实例如下图

 

 

电感式DC-DC的升压器原理

电感是我们在变压器设计当中较长使用的一种元件，它的主要作用是把电能转化为磁能再存储起来。需要注意的是，虽然电感的结构类似于变压器，但是其只有一个绕组。本篇文章主要介绍了电感式DC-DC的升压器原理，并且本文属于基础性质，适合那些对电感的特性并不了解，但同时又对升压器感兴趣的朋友们。文中的一些原理性知识都能在网上查到，所以这里就不多家赘述了。

想要充分理解电感式升压原理，我们就必须首先知道电感的特性，包括电磁的转换与磁储能。这两点非常重要，因为我们所需要的所有参数都是由这两个特性引出来的。

首先，我们先来观察下面的图：

 

 

各位朋友都知道，上图是电磁铁，一个电池对一个线圈通电。有人可能会奇怪，这么简单的图有什么好分析的呢?我们就是要用这张简单的图来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。

现在我们对以上的内容作一下小结：

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。

然后是负压发生器，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：

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。