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简述升压电路原理

www.p-e-china.com 2013/3/14 14:58:28 来源:21c电子网 电力电子论坛|免费发布产品

  自举电路也叫升压电路,利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件,自举电路包括:输出晶体管、设置在输出晶体管的栅极和源极之间的自举电容器、电源以及执行从电源到晶体管的栅极的供电接通/ 断开控制的电路。独立于晶体管的阈值电压,将自举效应之前的初始电压设为电源的电势。因此,取决于晶体管的阈值电压的变化不会影响由于自举效应引起的晶体管的源极输出的上升或下降。

  升压电路原理

  举个简单的例子:有一个12V的电路,电路中有一个场效应管需要15V的驱动电压,这个电压怎么弄出来?就是用自举。通常用一个电容和一个二极管,电容存储电压,二极管防止电流倒灌,频率较高的时候,自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压,起到升压的作用。

  升压电路只是在实践中定的名称,在理论上没有这个概念。升压电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半,但在实际的测试中,输出电压远达不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压。所以采用升压电路来升压。

  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。基本电路图见图1.

  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。

  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。

  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。

  常用升压电路

  P 沟道高端栅极驱动器

  直接式驱动器:适用于最大输入电压小于器件的栅- 源极击穿电压。

  开放式收集器:方法简单,但是不适用于直接驱动高速电路中的MOSFET。

  电平转换驱动器:适用于高速应用,能够与常见PWM 控制器无缝式工作。

  N 沟道高端栅极驱动器

  直接式驱动器:MOSFET最简单的高端应用,由PWM 控制器或以地为基准的驱动器直接驱动,但它必须满足下面两个条件:

  1、VCC

  2、Vdc

  浮动电源栅极驱动器:独立电源的成本影响是很显著的。光耦合器相对昂贵,而且带宽有限,对噪声敏感。

  变压器耦合式驱动器:在不确定的周期内充分控制栅极,但在某种程度上,限制了开关性能。但是,这是可以改善的,只是电路更复杂了。

  电荷泵驱动器:对于开关应用,导通时间往往很长。由于电压倍增电路的效率低,可能需要更多低电压级泵。

  自举式驱动器:简单,廉价,也有局限;例如,占空比和导通时间都受到刷新自举电容的限制。需要电平转换,以及带来的相关问题。

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