DC-DC升压电路的工作原理及电路图详解

WordDC-DC升压电路的工作原理及电路图详解一什么是（DC）-DC转换器?

DC-DC转换器是一种（电力电子）电路，可有效地将直流电从一个电压转换为另一个电压。

DC-DC转换器在现代（电子）产品中扮演着不可或缺的角色。这是因为与（线性稳压器）相比，它们具有多项优势。尤其是线性稳压器会散发大量热量，与DC-DC转换器中的（开关稳压器）相比，它们的效率非常低。

DC-DC升压电路

在介绍DC-DC转换器的（工作原理）之前，看一个示例，为什么DC-DC转换器这么有用?假设构建一个具有以下要求的电路：

DC-DC升压电路

2Ω负载电阻

12V直流（电源）

5V负载电压

我们需要降低12V电池的电压，为负载提供5V电压。我们可以将一个2.8Ω的电阻与负载串联，以提供所需要的电压。

先计算电路的效率如下：

DC-DC升压电路

从这些计算中，我们可以看到负载仅仅消耗了12.5W的输入功率，剩余部分(30–12.5=17.5W)转化为热量。

照这么来看，其实是有点浪费的，如果触摸串联电阻，会有点热，这里需要结合机制来冷却电路，为了获得更优的解决方案，可以看下面的电路：

DC-DC升压电路

开关断开时，输入电压为0V，控制在ON位置时，输入电压为12V。下图分别显示了开关位置ON和OFF的等效电路。

DC-DC升压电路等效电路

如果我们如下图(a)所示控制开关，我们得到如下图(b)所示的电压图。T为切换周期，单位为毫秒或微秒。

DC-DC升压电路

在这种情况下，这种开关行为的平均输出电压为5V，因为：

DC-DC升压电路

该电路的平均输出电压为5V，但我们可以通过使用RC滤波电路去除谐波来改善输出波形。

如果我们假设开关是理想的(理想开关是不消耗或耗散电源的开关)，我们可以计算出该电路的效率为100%。当开关处于ON位置时，流过电路的（电流）为6A。

由于我们有一个理想的开关，耗散功率为P_diss=RI2=0*92=0W。当开关处于关闭位置时，没有电流流过开关，因此在这种情况下，耗散功率也为0。

然而在实际应用中，找到一个理想的开关是比较困难的，这就意味着实际上会有一些功耗，虽然有功耗，但转换的效率仍旧很高。

二DC-DC升压电路

DC-DC升压电路主要是增加电源的电压，例如：升压转换器可以采用5V电源并将其升压至25V。通常，你会在电池充电器或太阳能电池板中找到DC-DC升压转换器。它们还可用于从同一电池为具有不同工作电压的组件供电。

这种配置将直流电压升高到由电路中组件选择决定的水平。这是升压转换器的一般示意图。

01升压开关打开状态

升压开关ON状态

02升压开关关闭状态

升压开关关闭状态

基本配置包括直流电源(Vin)、电感(L)、（二极管）(D)、开关器件(SW)、平滑（电容）(C)和负载电阻(Lo（ad）)，Vout是输出电压。

开关通常是功率电子器件，例如由PWM（信号）控制的（MOSFET）或BJT（晶体管）。该PWM信号通过非常快速地切换晶体管来工作，通常每秒数千次。

三DC-DC升压电路工作原理

假设当前的电压是5V，需要将5V转换为更高的电压值，用DC-DC升压电路就可以实现，这里假设我们是管道工。

01涡轮加速

首先我们需要加速涡轮。为此，节气门打开，水快速排放，将部分能量传递给涡轮机，结果涡轮机开始旋转。

DC-DC升压电路工作原理

02填充压力储罐

油门关闭，由旋转的涡轮飞轮半部推动的一部分水打开阀门并填充储水箱，另一部分水在储水箱提供的（高压）下流向消费者，同时阀门防止水倒流。

DC-DC升压电路工作原理

03从压力储罐发电并加速涡轮机

涡轮的速度开始下降。水不能再推动阀门，储水箱仍有足够的能量积累。然后油门再次打开，水开始快速旋转涡轮。由于消费者从储罐接收能量，因此流向消费者的能量不会停止，然后循环重复。

现在工作原理已经很清楚了，我们将从管道设备切换到电子设备。

DC-DC升压电路工作原理

我们用感应节流阀代替了涡轮机。晶体管用于代替控制水流的节流阀。二极管起阀门作用，用电代替储压罐。

下面就可以很好的理解，DC-DC升压电路的工作原理。

1电感累积电荷开关已关闭，电感通过从源接收电流来积累能量。

DC-DC升压电路工作原理

2将能量转移到电容开关打开，线圈保持磁场中积累的能量。电流试图保持在同一水平，但来自电感的额外能量会提高电压，从而打开通过二极管的路径。一部分能量流向消费者，而剩余能量在（电容器）中积累。

DC-DC升压电路工作原理