功率電感在升壓電路中起什麼作用,為什麼要加電感?

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DC-DC升壓電路一般都是靠電路中升壓電感不停的充放電來實現升壓的,這個電感非常重要,其性能優劣會影響到升壓電路的效率及最大輸出電流。下面我們來詳細介紹一下DC-DC升壓電路中的電感是如何實現升壓的。




▲ DC-DC升壓電路的工作原理

上圖為DC-DC升壓電路的基本工作原理。L1即為升壓電感,M1為功率MOS管(亦可以使用雙極型三極管),其工作於開關狀態,通過前級振盪電路輸出的矩形波信號來控制其導通與截止。假設M1的柵極為高電平,則管子導通,此時輸入端的直流電源通過M1的漏源兩極給L1充電蓄能;當M1的柵極為低電平時,管子截止,此時L1兩端將產生一個數倍於Vin的感生電壓,該電壓與Vin電壓疊加後,通過二極管D1對電容C2充電,這樣在C2兩端輸出的便是升高後的電壓。可見,DC-DC升壓電路若沒有這個電感,將無法實現升壓作用,這就是DC-DC升壓電路中電感的作用。


▲ LM2577升壓IC構成的升壓電路

現在很多DC-DC升壓IC的升壓原理跟圖1電路類似,只不過這類IC將振盪電路及輸出級的功率管都集成在了IC內部,使用時,只要在升壓IC的外圍接上升壓電感及整流管、濾波電容即可工作。譬如,上圖所示的LM2577構成的DC-DC升壓電路只需外接一個100μH的升壓電感及少量的阻容元件,即可實現升壓,並且其輸出電壓還可以通過電阻R1或R2來設定。

▲ 環形功率電感

在功率較大的DC-DC升壓電路中,升壓電感的優劣對整個升壓電路影響很大。這類電路中要求功率電感的直流電阻越小越好,並且線圈線徑的載流量要足夠大,否則會影響到的升壓效率及輸出電壓的穩定性。


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功率電感在電感式DC-DC升壓電路中起到至關重要的作用

我們經常在DC-DC升壓電路中看到功率電感的身影,其實DC-DC升壓電路有電感式升壓和電容式升壓兩種。在電感式的升電壓電路中,功率電感是必不可少的;在電容式升壓電路中是不需要功率電感的參與的。

電感在電感式DC-DC升壓電路中起什麼作用?

要把電壓升高,需要把能量聚集起來,再集中推升。電感可以把電能轉化為磁場存儲起來,電感中的磁場也可以轉化為電能。

在下圖的等效電路中,SW1閉合前,VCC通過二極管D1對後端電路的C2充電,前端和後端的電壓基本一致,此時,SW1閉合,電感相關於對地短路,通過電感的電流是急劇增加,同時電感會把電能轉化為磁場存起來。

此時,再把SW1斷開,電感中的磁場會轉化回電能,通過二極管D1釋放大量電能給後端電路,對後端電路的電容C2進行再次充電。經過多次快速的開關,就可以把後端的電壓升高了。

電感式DC-DC升壓芯片原理

當我們知道了電感式DC-DC升壓的原理後,就可以設計出用於升壓的芯片了。其實DC-DC升壓芯片就是一個PWM控制器,它可以控制MOS管的高速開關,同時它可以根據後端電路反饋回來的電壓自動調整PWM的開關速度和佔空比,使後端電路穩定為需要電壓值。

除了功率電感,肖特基二極管也是關鍵的元件,肖特基二極管有著較高開關速度,所以在DC-DC升壓電路中必須使用肖特基二極管。LM2577是常見的電感式DC-DC升壓芯片,外圍只需要電感,肖特基二極管,幾個電阻和電容,就可以得到需要的電壓值。

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電感在電路中有許多作用,位置不同作用各異,升壓電路中的電感有時不止一個,所以,在沒有具體電路圖的情況下很難逐一說明,但是不外乎幾個方面,一是儲能,二是濾波,分頻等,希望能幫到你


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