从充放电两方面对Boost电路的基本原理讲解

2018-10-10 16:57:47

2830 Boost 充放电

本篇文章从充放电两个方面来对Boost电路的原理进行了讲解。并在最后补充了一些书本上没有的知识，整体属于较为新手向的文章，希望大家在阅读过本篇文章之后，能对Boost电路的基本原理有进一步了解。
Boost电路是一种开关直流升压电路，它能够使输出电压高于输入电压。在电子电路设计当中算是一种较为常见的电路设计方式。本篇文章针对新手，将为大家介绍Boost升压电路的工作原理。
首先我们需要知道：
电容阻碍电压变化，通高频，阻低频，通交流，阻直流;
电感阻碍电流变化，通低频，阻高频，通直流，阻交流;

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。
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2，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。
放电过程

如图3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。
说起来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。如果电容量足够大，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。
boost电路升压过程

下面是一些补充。
AA电压低，反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管，整流管，及其他损耗（含电感上）。
电感不能用磁体太小的（无法存应有的能量），线径太细的（脉冲电流大，会有线损大）。
整流管大都用肖特基，大家一样，无特色，在输出3.3V时，整流损耗约百分之十。
开关管，关键在这儿了，放大量要足够进饱和，导通压降一定要小，是成功的关键。总共才一伏，管子上耗多了就没电出来了，因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V，单只做不到就多只并联。
最大电流有多大呢？简单点就算1A吧，其实不止。由于效率低会超过1.5A，这是平均值，半周供电时为3A，实际电流波形为0至6A。所以建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付。
现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子，所以建议用土电路就够对付洋电路了。
这些补充内容是教科书本上没有的知识，但是能够与教科书本上的内容进行对照并印证。
开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存;开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能;尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低;尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。
本篇文章从充放电两个方面来对Boost电路的原理进行了讲解。并在最后补充了一些书本上没有的知识，整体属于较为新手向的文章，希望大家在阅读过本篇文章之后，能对Boost电路的基本原理有进一步了解。