從充電和放電角度談Boost電路的基本原理 - 全文

　　Boost電路是一種開關(guān)直流升壓電路，它能夠使輸出電壓高于輸入電壓。在電子電路設(shè)計(jì)當(dāng)中算是一種較為常見的電路設(shè)計(jì)方式。本篇文章針對(duì)新手，將為大家介紹boost升壓電路的工作原理。

　　首先我們需要知道：

　　電容阻礙電壓變化，通高頻，阻低頻，通交流，阻直流;

　　電感阻礙電流變化，通低頻，阻高頻，通直流，阻交流;

圖1 boost開關(guān)升壓電路的原理圖

　　假定那個(gè)開關(guān)（三極管或者M(jìn)OS管）已經(jīng)斷開了很長時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。

　　下面要分充電和放電兩個(gè)部分來說明這個(gè)電路。

　　充電過程
?

圖2

　　在充電過程中，開關(guān)閉合（三極管導(dǎo)通），等效電路如圖2，開關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。

　　放電過程
?

圖3

　　如圖3這是當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時(shí)的等效電路。當(dāng)開關(guān)斷開（三極管截止）時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。

　　說起來升壓過程就是一個(gè)電感的能量傳遞過程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

圖4

　　下面是一些補(bǔ)充。

　　AA電壓低，反激升壓電路制約功率和效率的瓶頸在開關(guān)管，整流管，及其他損耗（含電感上）。

　　電感不能用磁體太小的（無法存應(yīng)有的能量），線徑太細(xì)的（脈沖電流大，會(huì)有線損大）。

　　整流管大都用肖特基，大家一樣，無特色，在輸出3.3V時(shí)，整流損耗約百分之十。

　　開關(guān)管，關(guān)鍵在這兒了，放大量要足夠進(jìn)飽和，導(dǎo)通壓降一定要小，是成功的關(guān)鍵?？偣膊乓环?，管子上耗多了就沒電出來了，因些管壓降應(yīng)選最大電流時(shí)不超過0.2--0.3V，單只做不到就多只并聯(lián)。

　　最大電流有多大呢？簡單點(diǎn)就算1A吧，其實(shí)不止。由于效率低會(huì)超過1.5A，這是平均值，半周供電時(shí)為3A，實(shí)際電流波形為0至6A。所以建議要用兩只號(hào)稱5A實(shí)際3A的管子并起來才能勉強(qiáng)對(duì)付。

　　現(xiàn)成的芯片都沒有集成上述那么大電流的管子，所以建議用土電路就夠?qū)Ω堆箅娐妨恕?/p>

　　這些補(bǔ)充內(nèi)容是教科書本上沒有的知識(shí)，但是能夠與教科書本上的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)照并印證。

　　開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開關(guān)管形成回路，電流在電感中轉(zhuǎn)化為磁能貯存;開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電能在電感端左負(fù)右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負(fù)載形成回路，完成升壓功能。既然如此，提高轉(zhuǎn)換效率就要從三個(gè)方面著手：盡可能降低開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)回路的阻抗，使電能盡可能多的轉(zhuǎn)化為磁能;盡可能降低負(fù)載回路的阻抗，使磁能盡可能多的轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)回路的損耗最低;盡可能降低控制電路的消耗，因?yàn)閷?duì)于轉(zhuǎn)換來說，控制電路的消耗某種意義上是浪費(fèi)掉的，不能轉(zhuǎn)化為負(fù)載上的能量。

　　本篇文章從充放電兩個(gè)方面來對(duì)boost電路的原理進(jìn)行了講解。并在最后補(bǔ)充了一些書本上沒有的知識(shí)，整體屬于較為新手向的文章，希望大家在閱讀過本篇文章之后，能對(duì)boost電路的基本原理有進(jìn)一步了解。