斩波电路学习之路 – 升压斩波

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电荷泵缺点很明显,但是他有一点很重要,就是电容他充电宝,电压就HOLD住了(无负载情况下,天长地久.),这就是电压保持特性,如果再加上高压发生特性,让电容保持住,那岂不是升压了.

电容的特性可以理解为:

因为二极管只进不出,所以,总是保持最高输入的那一次电压.(震荡是因为电容ESR和负载,无负载就基本无损耗了.)

带1K电阻负载,

明显看出来电压掉了,越重负载,越是掉.现在看来,电容是保持电压,剩下电阻和电感,电阻是分压,属于降压范畴,只有电感升压.

已知电感特性是电流不能突变.做如下电路,SW1依然是开关,但是他只开,不关.一开始是闭合,L1充电,没多久后,他断开了,再也没合上.=>输出电压无限,会炸吧,所以BOOST无论如何不能空载.

0 ~ 90us闭合,然后一直打开了.

产生了10KV,然后电感炸了.

那升压的极限是多少,这个得控制好,根据电感电压表达式.嗯,这可是维基上说的,我也不知道怎么解释.

di/dt就是delta I,电流变化率越快,那么电压越高,开关是突然关闭的,那么他就无穷高(理论上是这样的.),这么高压,可以打火花了,焊东西呢.

如果控制好delta I,那么就能控制生成的电压,再用本文前面说的保持电路,就能把电压保持下来.

如下图(对,左右电路是分离的,一个是高压产生,一个是电源保持.)

把开关调成这样.

另外,BOOST电路稳定时间比较长,仿真选取2秒后开始.

不是很完美,但是升压了.大概是一倍,占空比大概是1半,缩小增大占空比,必然改变输出电压.

继续公式推导.

Uon*Ton + Uoff*Toff = 0 => 开关接通时间充电 + 开关断开时候放电,总和时间为0. <= 这是重要理论基础.

当开关导通时,电路等效如下.电感两端电压等于U(电池电压)

当开关关闭时,二极管忽略压降.电感两端电压是输入电压,减去输出端电压,就是U(电池) - U(负载)

我们要求U(负载),代入公式是U(电池) * Ton + (U(电池) - U(负载)) * Toff = 0.

化简后是U(电池)/(1-占空比) = 输出电压,占空比永远不大于1,所以,是升压,占空比越小,电压越低.

另外,他另一张化简,也表示的是,升压是U(电池) + U(电感升压部分),这样就很好理解,为什么可以升压了.

比如5V升压9V,那么就是41%占空比左右,要记得这个时候算上二极管压降.

验证:

下面分析下,纹波的影响,比如上图是9mV纹波(轻负载,模拟1K负载),试试把负载弄很大.(等效1R),ESR问题是共性,暂不讨论.要好点,换钽电容.

纹波达到了0.8V这么大.根据分析,当电感没有给后面充能,那么都是电容在提供能量,使劲加大电容容量,是否能降低纹波呢?

从100uF换成1mF测试.

通过图看起来,确实只有0.07V纹波,比刚才小了很多.

最后,分析一下如果电感电流不连续是怎么才发生.我们发现因为后级不管是怎样,跟电感无关,大小电感纹波,负载能力是没有影响的.(因为负载是后级发生的),但是过轻负载就不好,比如最开始说的打火花.

电感使劲给后级充电,结果后级就是不怎么耗电.(或者后级就是空载)

结果...

红框时间,是Toff1

接着是Toff2

接着是开关接通,电感不输出,是Ton,因为Toff1是我们算的原来的Toff时间,结果现在还要多加上Toff2,所以,电压会倍增很多很多.

公式是U(电池)/(1-占空比),但是我们理想中只计算了占空比Toff1,没有算上后来叠加的Toff2.

所以,无论如何,不能如此轻载(当然,反馈电路调解就是常见手段.),这也是为什么很多升压DC需要VOUT接回去的原因.

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