[WD]开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理

westdog

<P>在坛子里看了好长时间，始终不明白什么boost、step-up，搞得晕晕乎乎的，于是在网上搜了下找来一片介绍直流升压电路的文章，本来想找中文的，结果没找到，可能使我不会找，后来找到一片英文的，现翻译如下，原文链接在这里</P>
<P><a href="http://www.hardware-guru.com/Interview%5CBoost_converter.pdf" target="_blank" >http://www.hardware-guru.com/Interview%5CBoost_converter.pdf</A></P>
<P>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。</P>
<P>基本电路图见图一。</P>
<P>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。</P>
<P>下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路</P><img src="attachments/dvbbs/2005-8/2005831153572411.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-8/2005831153572411.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /><br>

[此贴子已经被作者于2005-8-3 15:06:06编辑过]

westdog

<P>充电过程</P>
<P>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。</P><br><img src="attachments/dvbbs/2005-8/2005831243498424.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-8/2005831243498424.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /><br>

[此贴子已经被作者于2005-8-3 12:09:06编辑过]

westdog

<P>放电过程</P>
<P>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。</P><br><img src="attachments/dvbbs/2005-8/2005831265882885.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-8/2005831265882885.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /><br>

[此贴子已经被作者于2005-8-3 12:18:16编辑过]

westdog

<P>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。</P>
<P>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。</P>
<P>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。</P>
<img src="attachments/dvbbs/2005-8/2005831223157809.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-8/2005831223157809.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /><br>

[此贴子已经被作者于2005-8-3 12:24:19编辑过]

rxq

ding  yi  xia[em01]

monkey

<P>有内容，长知识的贴，好，内容还不够。</P>

老沈

咱抽空给找个合适的哈.

rxq

多发些有用的资料上来。支持楼主的侠义[em01]

westdog

跟原文不大一样，不是直译的，不过我感觉这样更好看一些，直译很别扭

老沈

<P>是的,咱仔细看了一下,很好了,没必要再补什么了.就结合1AA实际谈谈吧:</P>
<P>1AA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).</P>
<P>1.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).</P>
<P>2 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.</P>
<P>3 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.......</P>
<P>4  最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.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.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付.</P>
<P>5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了.</P>

<P>以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证.</P><br><br><br>

[此贴子已经被作者于2005-8-3 16:01:52编辑过]

老沈

<P>23兄来了,更细化一层了,哈!</P>
<P>咱顺带有个疑虑:(友好探讨哈)</P>
<P>咱前晚实战体验1AA单端反激升压几近通宵,咱真庆幸自己用了推挽,顺带体会U兄不容易,接下来自然对你的电路的效率有疑虑了:总效率82% ,整流除去10%,还剩8%,M0S压降再少也得消耗点,咱电感都发烫,要消耗多少呢,半周供电脉冲大线损大,怎样避免,真难想象如何把损耗控制进8%的.</P>
<P>咱的电路不同,电流小了一半,就什么都好办了.</P>

westdog

<P>两位老兄都来了，太好了，请教一下啥叫单端反激，啥叫推挽？谢谢！</P>
<P>别笑我，我今天才刚知道了啥叫boost</P>

老沈

<P>单端反激就是boost,如果只用电感就只能升压.</P>
<P>23老兄别见怪哈,咱是诚意的.如果不便回答,算我没问.咱以后慢慢找原因.</P>

dgh

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>老沈</I>在2005-8-3 15:59:42的发言：</B><br>
<P>3 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.......       </P></DIV>老沈，我一直有个疑问不清楚想请教你一下，如果多只二极管并联那它们似乎可以等效为一只大功率的二极管，但它们并不是电阻，所以并联后的等效导通压降应该还是不变的，但似乎又应该表现出并联的效应，即并联后的等效导通电阻应该变小，百思不得其解望老沈明示。

[此贴子已经被作者于2005-8-3 21:40:43编辑过]

westdog

<P>句句珠玑，得好好体会一下</P>

dgh

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>230000</I>在2005-8-4 6:23:59的发言：</B><BR>顺便替老沈回答下DGH问：1A的肖特基在1mA测试电流时压降甚至只有几十毫伏。这样该明白了吧？</DIV>
<P>说实话，我还是不太明白，因为我的疑问是泛指任何一种二极管或三极管导通的状态下电流恒定时多只并联的等效电路是象电阻那样电阻减小，还是完全等效为一只大功率的器件，肖特基的压降小是因为它的特殊构造吧。</P>

rxq

多学习。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

dgh

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>230000</I>在2005-8-4 6:16:36的发言：</B><BR>
<P>呵呵，刚上来。</P>
<P>基本的原则上面已经说过了，总结下就是尽可能的降低附加损耗。实现功能是要付出代价的，这个代价越小，效率就越高，无论从电路参数还是生产成本。</P>
<P>不用同步时，你的分析基本是准确的，肖特基 要占去约10%的损耗，性能好的管子损耗小点，但相差不大；MOS的损耗很小，因为我用的MOS在栅压三点几伏时导阻在40mΩ左右，1A时才耗去40mV，相对于1V电源，基本损耗约4%；电感用小感量大线径，降低直流损耗；控制电路消耗很小，因为是驱动MOS。</P>
</DIV>
<P>2300兄，不好意思我对您内阻40毫欧的M0S管在电流1A时的损耗为4%,这个数值不太理解.<BR>因为半周供电时的半周平均值为2A,根据 P=I2 R  损耗是1A时的4倍,由于只是半周供电,因此,实际损耗应只是2倍,也就是8%.  如果以0至4A的实际波形取有效值及其他损耗,8%也不止了.也许是我没有正确理解，一知半解见笑了。<BR><BR></P>

zzrr

非常感谢。很有意义的帖子。

[此贴子已经被作者于2005-8-6 9:08:45编辑过]