升壓型（Boost or Step-up）開關(guān)電源及電路圖解析

今天我們一起來學(xué)習(xí)升壓型（Boost or Step-up）開關(guān)電源。

原理

讓我們從下面的這個經(jīng)典升壓型開關(guān)電源電路開始：

經(jīng)典開關(guān)電源電路

實際應(yīng)用中圖中的開關(guān)一般是場效應(yīng)管，但為了簡單和好理解起見，我們用通用開關(guān)符號替代。

假設(shè)開始時的開關(guān)是斷開的，電流從 10 伏電源流過電感、流過二極管，然后給電容充電。二極管兩側(cè)會有一個小小的壓降，我們假設(shè)它是 0.5 伏。因此，輸出電容被充電到 9.5 伏。到目前為止，我們還是在降低電壓，且讓我們耐心點。

開關(guān)斷開，電容充電

下一步，閉合開關(guān)。二極管會阻止電容放電。因此，輸出電壓維持在 9.5 伏：

開關(guān)閉合，電壓保持

但是，現(xiàn)在我們有一個從輸入電壓經(jīng)過電感到地的電流通路：

電流通路

如果我們一直將開關(guān)閉合，我們基本上是在通過電感將輸入短路。那樣的話，一些很不好的事情將會發(fā)生。

電感被燒掉

我們可不想那么做。我們只是在極短的時間內(nèi)閉合電感。我們僅僅閉合開關(guān)一小段時間，以便剛好足夠一些電流流過電感。當(dāng)我們這樣做時，我們是在將電能以磁能的形式存儲在電感中。

現(xiàn)在我們在電感中以電磁能的形式存儲了一些能量，我們迅速地斷開開關(guān)。

迅速斷開開關(guān)

因為電感中的電流不會突然改變，電流只能繼續(xù)流過電感、流過二極管，然后流入輸出電容。也就是說，能量從電感傳遞到電容。隨著電感中磁場的崩塌，電容兩端的電壓被升高了。要注意，電子的流動方向是和傳統(tǒng)電流方向相反的，圖中電感的左側(cè)會因為電流流動而積累負電荷，相應(yīng)的，右側(cè)就會因為電子流出而出現(xiàn)高電壓。我們的升壓轉(zhuǎn)換器（Boost Converter）現(xiàn)在已經(jīng)提高了電壓：

迅速斷開開關(guān) 電壓升高

前面說過，我們不希望閉合開關(guān)的時間太長，因為時間太長會導(dǎo)致短路。因此，我們用一個高頻的方波（Pulse Width Modulated) 來控制開關(guān)的閉合和斷開：

高頻方波控制

通過增加控制方波的占空比，可以加快電容兩端電壓抬升的速度，進而提高輸出電壓。但是, 你如何知道輸出電壓到底是多少呢？課本中可能會看到這個公式（duty cycle 是指占空比）：

不管用的公式

這個公式只在電流很小的時候管用，在實際電路中，輸出電壓輸出電壓和方波占空比、電感的大小、開關(guān)速度、輸出電路等等都相關(guān)。因此，同降壓型（Buck）開關(guān)電源一樣，如果我們希望建立一個真實有用的升壓電源，我們需用一個一站式控制芯片。該芯片可以自動調(diào)節(jié)控制方波的占空比，以確保一個穩(wěn)定的輸出電壓。

一站式解決方案

我們使用凌力爾特（Linear Technology）的?LT1370?這款芯片來制作升壓型開關(guān)電源：