分析簡單的升壓電路,看電阻、電容等元件是如何工作?
發(fā)布時間:2019-03-20 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】本文就是通過分析一簡單的DC-DC升壓電路,來綜合了解電阻、電容、電感、二極管到底是怎么工作的,它們之間又是如何組合在一起相互影響相互作用,實(shí)現(xiàn)了升壓的功能,看完之后或許會發(fā)現(xiàn),元器件好神奇,不同的組合形成不同的“招式”,造成電路千變?nèi)f化。圖1為簡單的DC-DC升壓電路圖。
本文就是通過分析一簡單的DC-DC升壓電路,來綜合了解電阻、電容、電感、二極管到底是怎么工作的,它們之間又是如何組合在一起相互影響相互作用,實(shí)現(xiàn)了升壓的功能,看完之后或許會發(fā)現(xiàn),元器件好神奇,不同的組合形成不同的“招式”,造成電路千變?nèi)f化。圖1為簡單的DC-DC升壓電路圖。
圖1:簡單DC-DC升壓電路圖
在分析電感L在這個電路中的作用之前,我們先來看看這個電路的一個關(guān)鍵控制器件S,S是一個開關(guān)器件,在實(shí)際電路中由晶體管或場效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn),因?yàn)橹绷鬏敵鲭妷篤o的平均電壓與開關(guān)S的導(dǎo)通和截止時間有密切的關(guān)系,所以這里就圍繞S器件導(dǎo)通和截止來分析此電路。
當(dāng)S從截止到導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時,電路可以分成兩個部分,如圖2所示,每個部分都是一個獨(dú)立的閉合回路,能夠達(dá)到這種效果完全歸功于電路中的二極管D。左邊的回路包含了直流輸入電壓源Vi,右邊的回路包含了一個電容C和一個電阻R,中間虛線部分在開關(guān)S閉合的狀態(tài)下可以看成開路,由于這個時候右邊RC回路還沒有從左邊回路獲取能量,所以RC回路不存在電流,故此時直流輸出電壓Vo為零。
圖2:開關(guān)S閉合時電路狀態(tài)
大家是否還記得電感有阻止電流變化的特性?下面對圖2的分析將用到電感的這個特性。在開關(guān)閉合的那一瞬間,左邊回路中的電流是由無到有變化的,也就是說電流變化的趨勢是順時針增大。電感會阻止這種變化的趨勢,電感內(nèi)部會瞬間產(chǎn)生一個逆時針的電流,阻止了順時針電流的增大,但是電感只能阻止卻改變不了變化的趨勢,最后左邊回路中存在一個穩(wěn)定的順時針方向電流,如圖2左邊回路的箭頭所示。
當(dāng)S從導(dǎo)通到截止轉(zhuǎn)換時,電路左邊的直流電壓源被斷開,整個電路由電感L、二極管D、電容C和電阻R組成,如圖3所示,輸入直流電壓源Vi由于開關(guān)S的截止被斷開。原先包括電感和Vi的回路中,順時針的電流由于失去電源有急劇下降的趨勢,因?yàn)殡姼杏凶柚闺娏髯兓奶匦?,雖然失去了電源,但在電感內(nèi)部會產(chǎn)生一個和原先順時針電流大小相等、方向相反的電流。來阻止該回路中電流的急劇下降。
圖3:開關(guān)S截止時電路狀態(tài)
我們可以發(fā)現(xiàn)在這個從導(dǎo)通到截止的過程中,電感其實(shí)扮演了一個儲能的角色,在開關(guān)S的控制下把Vi的能量從圖2中左邊的回路傳給右邊的RC回路,那么此時RC回路在這個時候又會發(fā)生什么變化呢?這個時候,電感的能量逐漸轉(zhuǎn)移到電容上,所以電容C兩端出現(xiàn)了電壓差,RC回路中就產(chǎn)生了電流,這個電流流過電阻,產(chǎn)生了直流輸出電壓Vo。
但是這個時候Vo和Vi大小相等方向相反,還沒有達(dá)到最終的目的--升高電壓。此時有些大伙可能就問:為什么到這階段還沒有實(shí)現(xiàn)升高電壓呢?前面曾經(jīng)提到過直流輸出電壓Vo的平均電壓與開關(guān)S的導(dǎo)通和截止時間有密切的關(guān)系,我們再接著分析下去,看看當(dāng)開關(guān)S再次閉合的時候電路的狀態(tài),如圖4所示。
圖4:開關(guān)S再次閉合時電路狀態(tài)
因?yàn)殡娙輧Υ媪四芰慷矣钟凶柚闺妷鹤兓奶匦?,所以這個時候右邊的RC回路中產(chǎn)生了電流,而直流輸出電壓Vo和Vi保持大小相等方向相反。左邊的回路此時又是什么情況呢?電感繼續(xù)從電源Vi獲得能量,等待開關(guān)S下一次的截止。
可以想象一下,左邊的回路中電感在獲得能量,右邊的回路中電容在釋放能量,而且電感獲得能量比電容釋放能量的速度快,開關(guān)S在電感獲得能量后馬上截止,這個時候電容第二次充電,此次充電結(jié)束后電容上將產(chǎn)生比Vi大的電壓。如此反復(fù),隨著開關(guān)S的循環(huán)快速導(dǎo)通、截止,就可以得到比Vi大的直流輸出電壓Vo。
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