|
|
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.
/*FROM BAIDU-WENKU*/ |
阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！
曾经有一段真挚的爱情摆在我的面前，我没有珍惜，现在想起来，还好我没有珍惜……
|
[复制链接]
发表于 2011-8-16 09:17:29
