升压型开关电源教程

时间：2021-09-03 10:13:02

关键字：开关电源升压型

[导读]在上一篇教程降压型开关电源教程中，我们学习了降压型开关电源。今天我们一起来学习升压型（BoostorStep-up）开关电源。原理让我们从下面的这个经典升压型开关电源电路开始：经典开关电源电路实际应用中图中的开关一般是场效应管，但为了简单和好理解起见，我们用通用开关符号替代。...

在上一篇教程降压型开关电源教程中，我们学习了降压型开关电源。今天我们一起来学习升压型（Boost or Step-up）开关电源。

原理

让我们从下面的这个经典升压型开关电源电路开始：

经典开关电源电路

实际应用中图中的开关一般是场效应管，但为了简单和好理解起见，我们用通用开关符号替代。

假设开始时的开关是断开的，电流从 10 伏电源流过电感、流过二极管，然后给电容充电。二极管两侧会有一个小小的压降，我们假设它是 0.5 伏。因此，输出电容被充电到 9.5 伏。到目前为止，我们还是在降低电压，且让我们耐心点。

开关断开，电容充电

下一步，闭合开关。二极管会阻止电容放电。因此，输出电压维持在 9.5 伏：

开关闭合，电压保持

但是，现在我们有一个从输入电压经过电感到地的电流通路：

电流通路

如果我们一直将开关闭合，我们基本上是在通过电感将输入短路。那样的话，一些很不好的事情将会发生。

电感被烧掉

我们可不想那么做。我们只是在极短的时间内闭合电感。我们仅仅闭合开关一小段时间，以便刚好足够一些电流流过电感。当我们这样做时，我们是在将电能以磁能的形式存储在电感中。

现在我们在电感中以电磁能的形式存储了一些能量，我们迅速地断开开关。

迅速断开开关

因为电感中的电流不会突然改变，电流只能继续流过电感、流过二极管，然后流入输出电容。也就是说，能量从电感传递到电容。随着电感中磁场的崩塌，电容两端的电压被升高了。要注意，电子的流动方向是和传统电流方向相反的，图中电感的左侧会因为电流流动而积累负电荷，相应的，右侧就会因为电子流出而出现高电压。我们的升压转换器（Boost Converter）现在已经提高了电压：

迅速断开开关电压升高

前面说过，我们不希望闭合开关的时间太长，因为时间太长会导致短路。因此，我们用一个高频的方波（Pulse Width Modulated) 来控制开关的闭合和断开：

高频方波控制

通过增加控制方波的占空比，可以加快电容两端电压抬升的速度，进而提高输出电压。但是, 你如何知道输出电压到底是多少呢？课本中可能会看到这个公式（duty cycle 是指占空比）：

不管用的公式

这个公式只在电流很小的时候管用，在实际电路中，输出电压输出电压和方波占空比、电感的大小、开关速度、输出电路等等都相关。因此，同降压型（Buck）开关电源一样，如果我们希望建立一个真实有用的升压电源，我们需用一个一站式控制芯片。该芯片可以自动调节控制方波的占空比，以确保一个稳定的输出电压。