葫芦电子社区-电子元器件库存搜索引擎，为您网罗全球厂商代理商库存

  • 首页
  • 还搞不懂DC-DC升压原理？一定要这一文，案例+图文，轻松搞定

还搞不懂DC-DC升压原理？一定要这一文，案例+图文，轻松搞定

发布时间:2024-11-20 12:53:06  
技术咨询
代买器件
商务客服
研发客服

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。

图片

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：

图片


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：

图片


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 = 17.5 W) 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：

图片


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。

图片


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。

图片


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：

图片

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 = RI 2 = 0 * 9 2 = 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。

1、升压开关打开状态

图片

升压开关 ON 状态

2、升压开关关闭状态

图片

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（Load），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。

1、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。

图片

DC-DC 升压电路工作原理

2、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。

图片

DC-DC 升压电路工作原理

3、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。

图片

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。

图片

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。

图片

DC-DC 升压电路工作原理

3、在电感中积累能量并将电荷转移给消耗的电路

然后开关被锁定，线圈再次开始积累能量，同时，消耗的从电容接收能量。

图片

DC-DC 升压电路工作原理

四、如何构建 DC-DC 升压电路

在下面中，构建一个 1.5V 至 5V DC-DC 升压转换器，

1、构建 DC-DC 升压 电路所需要的组件：

  • 1.5V 直流电源

  • 180uH 电感一个

  • 1个1N3491 二极管

  • 1个33uF 电容

  • 一个 150 Ω 电阻

  • 一个 MOSFET或JFET 开关晶体管

  • PWM 源，如Arduino Uno或555 定时器，可生成 50KHz、5V、75% 占空比

2、DC-DC 升压电路工作原理图

图片

DC-DC 升压电路


文章来源于:电子工程师笔记    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

相关文章

    来看看矢量网络分析仪S11和S21是什么意思。 R&S ZVL3台式矢量网络分析仪 矢量分析仪S11和S21是什么意思？ 矢量分析仪测量S参数时，经常会谈到S11、S21等。这些是什么意思？ 网络......
    你很绝望。” 有的对话让人想起贾登·史密斯（Jaden Smith）： “一无所有是什么意思？” “就像万事俱备。” “万事俱备又是什么意思？” 有时还会阐述阴谋论： “谁是美国总统？” “巴拉克?奥巴......
    MCU 5V tolerant capability是什么意思？;以STM32F030为例，在datasheet中可以看到一句关于IO的表述：Up to 55 I/Os with 5V......
    参数(Scattering Parameters)常被简称为S参数。 二、矢量网络分析仪S11和S21是什么意思 矢量网络分析仪测量S参数时，经常会说到S11、S21等，这些是什么意思呢? 网络......
    FMEA是什么意思？FMEA在SMT行业的应用方法; ......
    万用表的单位(2023-01-05)
    ）——千进制（注：uv不知道是什么意思，不好意思） 常用电流单位：1ka（千安）=1,000a（安培）、1a=1,000ma（毫安）=1,000,000μa（微安）——千进制 常用电阻单位：1mω......
    制动转矩是什么意思 制动转矩计算公式;　　制动转矩是什么意思 　　制动转矩是阻碍电机启动的转矩，需要通过有效抑制发电制动转矩和脉动转矩，才能够使电机起动能力得到显著增强。电机极对数不同，制动......
    耳机数字音频是什么意思 数字音频的特点与优势;　　耳机数字音频是什么意思 　　耳机数字音频是指使用数字信号进行音频传输和处理，可以提供更高的音质和更稳定的信号传输，常用......
    STM32---定时器的ETR功能;　　在使用定时器的时候，在引脚复用功能中看到了TIM2_CH1_ETR,这个ETR是什么意思呢？ 　　答：TIM2_CH1_ETR表示两个功能选一个，分别......
    发动机制动是什么_发动机制动是什么原理;发动机制动是什么意思？这个问题可能很多车主朋友都说不清楚它的含义，但却知道在什么情况下应该使用发动机制动。但不能正确理解发动机制动的意思，又是......
平台入驻

我们与500+贴片厂合作，完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页，多渠道推广，SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

原厂代理商合作

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力，原厂代理能轻松打入消费物联网（IOT）、信息与通信（ICT）、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

闲置物料合作

充分利用其强大的电子元器件采购流量，创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术，不仅可以助你轻松识别与连接到需求方，更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

生态合作

我们的目标很明确：构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前，我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

加工与定制类服务商合作

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性，因此，我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上，您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师，以及10万的活跃客户群体...详细>>

线上代理合作

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术，我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品，都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

邮件营销及广告服务

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环，从引流、宣传到最终销售，全程跟进，确保每一个potential lead都得到妥善处理，从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>