升降压电路的工作原理

2023-10-27

1.升压电路也叫自举电路,是利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件,使电容放电电压和电源电压叠加,从而使电压升高,有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。

开关直流升压电路(即所谓的boost或者step-up电路)原理,the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高。基本电路图如图所示
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假定那个开关(三极管或者mos管)已经断开了很长时间,所有的元件都处于理想状态,电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。

(1)充电过程
升压电路原理的充电过程,在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路如图二,开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。
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(2)放电过程
升压电路原理的放电过程。如图,这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流 保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电, 电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了,升压完毕。

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升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。如果电感量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

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(3).DC-DC变换器的基本电路有升压变换器、降压变换器、升降压变换器三种。
降压变换器原理图如图1所示,当开关闭合时,加在电感两端的电压为(Vi-Vo),此时电感由电压(Vi-Vo)励磁,电感增加的磁通为:(Vi-Vo)*Ton。
当开关断开时,由于输出电流的连续,二极管VD变为导通,电感削磁,电感减少的磁通为:(Vo)*Toff。
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时,(Vi-Vo)*Ton=(Vo)*Toff,由于占空比D<1,所以Vi>Vo,实现降压功能。
在这里插入图片描述升压变换器原理图如图2所示,当开关闭合时,输入电压加在电感上,此时电感由电压(Vi)励磁,电感增加的磁通为:(Vi)*Ton。
当开关断开时,由于输出电流的连续,二极管VD变为导通,电感削磁,电感减少的磁通为:(Vo- Vi)*Toff。
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时,(Vi)*Ton=(Vo- Vi)*Toff,由于占空比D<1,所以Vi<Vo,实现升压功能。
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升降压变换器、入出极性相反原理如图3, 当开关闭合时,此时电感由电压(Vi)励磁,电感增加的磁通为:(Vi)*Ton;当开关断开时,电感削磁,电感减少的磁通为:(Vo)*Toff。当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时,增加的磁通等于减少的磁通,(Vi)*Ton=(Vo)*Toff,根据Ton比Toff值不同,可能Vi<Vo,也可能Vi>Vo。
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(4).当开关S1闭合导通时,VA电压为高,Vin给电感L1充电,流过电感L1的电流逐渐增加,电流路径见上图绿色回路,电感充电波形见下图。
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当开关S1断开时,Va为低电平,电感L1通过负载和二极管放电,电感L1的电流逐渐减小,电流路径见下图蓝色部分,电感放电波形见上图。
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升压电路拓补结构
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降压电路拓补结构
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2.常见的几种升压电路

(1).1.5V升9V电源电路图如附图所示。该电路为间歇式振荡升压电路。BG1与L1、L2、C1等构成振荡器。BG1为振荡管,工作在开关状态。L1、C1为振荡反馈元件。L2为振荡储能绕组。为了方便,电路还设计了由BG3构成的自动电子开关。当BG3的基极没有负载时,也就没有基极电流,BG3、BG2、BG1均截止,整个电路停止工作,不消耗电源。因此,本电路不需设立单独的电源开关。

当A、B两点接上负载时,BG3导通,BG2也跟着导通,通过负载为BG1提供基极电流,BG1导通,能量从电源流入并储存在L2中。此时BG1集电极电压很低,D1截止,负载由C2残存电压供电。当BG1截止时,L2中电流不能突变,它将产生出较高的逆程电动势,经D1整流后输出。当输出电压高于D2的稳压值时,BG2的b、e结反偏而趋向于截止,BG1基极电流将会下降,迫使其振荡减弱,输出电压也随之下降从而将输出电压自动地控制在D2的稳压值附近。
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(2).MC34063是一单片双极型线性集成电路,专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关,能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。

振荡器通过恒流源对外接在CT管脚(3脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的,振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平,D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平,输出开关管导通;反之当振荡器在放电期间,C输入端为低电平,触发器被复位,使得输出开关管处于关闭状态。电流限制通过检测连接在VCC和5脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时,电流限制电路开始工作,这时通过CT管脚(3脚)对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间,结果是使得输出开关管的关闭时间延长。

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MC34063引脚功能
1脚:开关管T1集电极引出端;
2脚:开关管T1发射极引出端;
3脚:定时电容ct接线端;调节ct可使工作频率在100—100kHz范围内变化;
4脚:电源地;
5脚:电压比较器反相输入端,同时也是输出电压取样端;使用时应外接两个精度不低于1%的精密电阻;
6脚:电源端;
7脚:负载峰值电流(Ipk)取样端;6,7脚之间电压超过300mV时,芯片将启动内部过流保护功能;
8脚:驱动管T2集电极引出端;

MC34063升压电路MC34063组成的升压电路原理如下图,当芯片内开关管(T1)导通时,电源经取样电阻Rsc、电感L1、MC34063的1脚和2脚接地,此时电感L1开始存储能量,而由C0对负载提供能量。当T1断开时,电源和电感同时给负载和电容Co提供能量。电感在释放能量期间,由于其两端的电动势极性与电源极性相同,相当于两个电源串联,因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此频率相对负载的时间常数足够高,负载上便可获得连续的直流电压。

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MC34063升压电路:从5V升到12V
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