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分析简单的升压电路,看电阻、电容等元件是如何工作?

发布时间:2019-03-20 责任编辑:lina

【导读】本文就是通过分析一简单的DC-DC升压电路,来综合了解电阻、电容、电感、二极管到底是怎么工作的,它们之间又是如何组合在一起相互影响相互作用,实现了升压的功能,看完之后或许会发现,元器件好神奇,不同的组合形成不同的“招式”,造成电路千变万化。图1为简单的DC-DC升压电路图。
  
本文就是通过分析一简单的DC-DC升压电路,来综合了解电阻、电容、电感、二极管到底是怎么工作的,它们之间又是如何组合在一起相互影响相互作用,实现了升压的功能,看完之后或许会发现,元器件好神奇,不同的组合形成不同的“招式”,造成电路千变万化。图1为简单的DC-DC升压电路图。
 
 分析简单的升压电路,看电阻、电容等元件是如何工作?
图1:简单DC-DC升压电路图
 
在分析电感L在这个电路中的作用之前,我们先来看看这个电路的一个关键控制器件S,S是一个开关器件,在实际电路中由晶体管或场效应管来实现,因为直流输出电压Vo的平均电压与开关S的导通和截止时间有密切的关系,所以这里就围绕S器件导通和截止来分析此电路。
 
当S从截止到导通转换时,电路可以分成两个部分,如图2所示,每个部分都是一个独立的闭合回路,能够达到这种效果完全归功于电路中的二极管D。左边的回路包含了直流输入电压源Vi,右边的回路包含了一个电容C和一个电阻R,中间虚线部分在开关S闭合的状态下可以看成开路,由于这个时候右边RC回路还没有从左边回路获取能量,所以RC回路不存在电流,故此时直流输出电压Vo为零。
 
 分析简单的升压电路,看电阻、电容等元件是如何工作?
图2:开关S闭合时电路状态
 
大家是否还记得电感有阻止电流变化的特性?下面对图2的分析将用到电感的这个特性。在开关闭合的那一瞬间,左边回路中的电流是由无到有变化的,也就是说电流变化的趋势是顺时针增大。电感会阻止这种变化的趋势,电感内部会瞬间产生一个逆时针的电流,阻止了顺时针电流的增大,但是电感只能阻止却改变不了变化的趋势,最后左边回路中存在一个稳定的顺时针方向电流,如图2左边回路的箭头所示。
 
当S从导通到截止转换时,电路左边的直流电压源被断开,整个电路由电感L、二极管D、电容C和电阻R组成,如图3所示,输入直流电压源Vi由于开关S的截止被断开。原先包括电感和Vi的回路中,顺时针的电流由于失去电源有急剧下降的趋势,因为电感有阻止电流变化的特性,虽然失去了电源,但在电感内部会产生一个和原先顺时针电流大小相等、方向相反的电流。来阻止该回路中电流的急剧下降。
 
 分析简单的升压电路,看电阻、电容等元件是如何工作?
图3:开关S截止时电路状态
 
我们可以发现在这个从导通到截止的过程中,电感其实扮演了一个储能的角色,在开关S的控制下把Vi的能量从图2中左边的回路传给右边的RC回路,那么此时RC回路在这个时候又会发生什么变化呢?这个时候,电感的能量逐渐转移到电容上,所以电容C两端出现了电压差,RC回路中就产生了电流,这个电流流过电阻,产生了直流输出电压Vo。
 
但是这个时候Vo和Vi大小相等方向相反,还没有达到最终的目的--升高电压。此时有些大伙可能就问:为什么到这阶段还没有实现升高电压呢?前面曾经提到过直流输出电压Vo的平均电压与开关S的导通和截止时间有密切的关系,我们再接着分析下去,看看当开关S再次闭合的时候电路的状态,如图4所示。
 
 分析简单的升压电路,看电阻、电容等元件是如何工作?
图4:开关S再次闭合时电路状态
 
因为电容储存了能量而且又有阻止电压变化的特性,所以这个时候右边的RC回路中产生了电流,而直流输出电压Vo和Vi保持大小相等方向相反。左边的回路此时又是什么情况呢?电感继续从电源Vi获得能量,等待开关S下一次的截止。
 
可以想象一下,左边的回路中电感在获得能量,右边的回路中电容在释放能量,而且电感获得能量比电容释放能量的速度快,开关S在电感获得能量后马上截止,这个时候电容第二次充电,此次充电结束后电容上将产生比Vi大的电压。如此反复,随着开关S的循环快速导通、截止,就可以得到比Vi大的直流输出电压Vo。
 
 
 
 
  
 
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