三極體升壓電路充放電講解及幾種常用電路

2021-02-24 電源網訂閱號

　　三極體升壓電路和自舉電路是電源設計當中出現的比較頻繁的兩個概念。實際上，這兩個電路的含義是相同的，升壓電路就是自舉電路。升壓電路是一種利用電容放電和電源電壓的疊加，來使電壓得到提升的一種電路。本篇文章就將針對新手，簡述升壓電路的原理。

　　三極體升壓電路原理

　　首先，在講解原理之前先以一個例子來幫助大家進行理解。一個12V的電路，電路中有一個場效應管需要15V的驅動電壓，這個電壓怎麼弄出來?就是用自舉。通常用一個電容和一個二極體，電容存儲電壓，二極體防止電流倒灌，頻率較高的時候，自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容上的電壓，起到升壓的作用。

　　三極體升壓電路只是在實踐中定的名稱，在理論上沒有這個概念。升壓電路主要是在甲乙類單電源互補對稱電路中使用較為普遍。甲乙類單電源互補對稱電路，在理論上可以使輸出電壓Vo達到Vcc的一半，但在實際的測試中，輸出電壓遠達不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一個高於Vcc的電壓。所以採用升壓電路來升壓。

　　直流升壓電路原理

　　the boost converter，或者叫step-up converter，是一種開關直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。基本電路圖見圖1。

　　

　　圖1

　　假定那個開關(三極體或者mos管)已經斷開了很長時間，所有的元件都處於理想狀態，電容電壓等於輸入電壓。下面要分充電和放電兩個部分來說明這個電路。

　　充電過程

　　圖2

　　在充電過程中，開關閉合(三極體導通)，等效電路如圖2所示，開關(三極體)處用導線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極體防止電容對地放電。由於輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關。隨著電感電流增加，電感裡儲存了一些能量。

　　放電過程

　　

　　圖3

　　如圖3所示，這是當開關斷開(三極體截止)時的等效電路。當開關斷開(三極體截止)時，由於電感的電流保持特性，流經電感的電流不會馬上變為0，而是緩慢的由充電完畢時的值變為0。而原來的電路已斷開，於是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經高於輸入電壓了。升壓完畢。

　　

　　圖4

　　說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。如果電容量足夠大，那麼在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續的電流。如果這個通斷的過程不斷重複，就可以在電容兩端得到高於輸入電壓的電壓。

　　常用升壓電路

　　P溝道高端柵極驅動器

　　直接式驅動器：適用於最大輸入電壓小於器件的柵-源極擊穿電壓。

　　開放式收集器：方法簡單，但是不適用於直接驅動高速電路中的MOSFET。

　　電平轉換驅動器：適用於高速應用，能夠與常見PWM控制器無縫式工作。

　　N 溝道高端柵極驅動器

　　直接式驅動器：MOSFET最簡單的高端應用，由PWM 控制器或以地為基準的驅動器直接驅動，但它必須滿足兩個條件：VCC、Vdc。

　　浮動電源柵極驅動器：獨立電源的成本影響是很顯著的。光耦合器相對昂貴，而且帶寬有限，對噪聲敏感。

　　變壓器耦合式驅動器：在不確定的周期內充分控制柵極，但在某種程度上，限制了開關性能。但是，這是可以改善的，只是電路更複雜了。

　　電荷泵驅動器：對於開關應用，導通時間往往很長。由於電壓倍增電路的效率低，可能需要更多低電壓級泵。

　　自舉式驅動器：簡單，廉價，也有局限。例如，佔空比和導通時間都受到刷新自舉電容的限制。需要電平轉換，以及帶來的相關問題。

　　本篇文章面向新手，首先對電源設計當中的升壓電路原理進行了講解，而後分解了其中的充放電過程，在最後，給出了幾種常用的升壓電路，並對這幾種電路的優缺點進行了簡述。希望大家在閱讀過本篇文章之後能對升壓電路進行更多的了解。

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