斩波电路(四) —— 升压斩波电路原理

我们这课来讲升压斩波电路

那么，电荷泵电路中的电容给我们有益的启发

也就是说电容短时间的充电就可以维持住电压

而不是说我一定要给电容持续去充电

那么这么一来我们就把升压斩波电路转变成两个单元

一个就是我获得短时间内的高压

然后把这个高压呢用电压保持电路给保持下来

我们先看下峰值电压采样保持电路

那么给一个电容电容可以维持电压，串联一个二极管

那么这个电容上的电就只进不出

这样呢就形成一个峰值电压采集电路

我们给信号发生器波形，方波、正弦波和三角波

那么我们看输出

在不带负载的情况下，这三种信号输出的结果都是一样的

也就是说保持在峰值 10V

那么带负载的情况呢略有不同

我们分别带 1k、100Ω 和 10Ω 的负载

当我们带的负载很轻的时候，也就是说

当 1k 负载的时候，峰值电压保持依然比较好

维持在 10V，有少量的波动

那么当带 100Ω 负载的时候，波动加剧

当带 10Ω 负载的时候波动非常明显

这个原因很好解释，也就是说

当我的电源不给电容充电以后，负载的电全靠电容上得来

那么负载越重电容上的电消耗越快，从而形成锯齿

我们先来看高压产生的部分

在三种基本元件中呢电阻只能够分压

也就是说它最多是降压

电容的特性呢是维持电压不变，只有电感可以产生高压

我们生活中呢，经常可以看到电感产生高压的例子

例如各种开关，插拔的时候呢产生的电火花

我们看电感是如何产生高压的

当开关闭合的时候，电感上有电流流过

当开关断开，电感上电流就会突降为零

那么这是不被允许的

电感上会产生一个和电源相同方向的电压

帮助电源去维持电流导通

那么能够产生多高的电压呢

根据电感电压的表达式 uL=L(di/dt)

你的电流变化率有多快，像我们刚才

你的电流是突降为零的，开关断开

那么 di/dt 就是无穷大

需要多高就会产生多高的 uL 来维持电流继续导通

如果这个时候开关是一个半导体开关

那么将会被击穿，这开关就损坏了

如果是机械开关，那么高压会把空气击穿导电

于是我们就可以看到电火花

那么通常电火花都是有害的因为电火花的温度很高

它发白，白光温度呢起码有四千度

它会熔化金属触点

那我们有的大功率的开关还会有灭弧装置

电火花根本就消除不掉

如果我们把电感高压用峰值电压保持电路给取出来

这就构成了 Boost 升压斩波电路

前面负责产生高压

产生的高压呢去给峰值电压保存电路进行采样

保持住这个电压

我们来求解输出电压

同样是利用稳态时电感端电压平均值为零的特性

那么当开关闭合的时候

与电感有关的回路就长这样子，开关闭合

那么我们可以列出电感闭合的电压等于 UI

那么我们在分析电力电子电路原理的时候呢

一般呢首先都是忽略二极管导通管的降压

有需要再把它考虑进去

那么当开关断开的时候

等效电路，如图所示

比如说电感给负载

供电

那么这个时候呢电感电压就是输入电压减去输出电压

输入减输出等于电感电压

我们列出电感电压方程

把求得的开关闭合时电感电压开关断开时电感电压代入

好，简单移项以后我们就得到了输出电压的表达式

总周期去除以开关断开的时间也就是 1/(1-D)

D 还是占空比

由于占空比是小于等于1的

所以呢 Boost 电路为升压斩波电路

并且 D 越大也就是占空比越大，输出电压越高

我们这课来讲升压斩波电路

那么，电荷泵电路中的电容给我们有益的启发

也就是说电容短时间的充电就可以维持住电压

而不是说我一定要给电容持续去充电

那么这么一来我们就把升压斩波电路转变成两个单元

一个就是我获得短时间内的高压

然后把这个高压呢用电压保持电路给保持下来

我们先看下峰值电压采样保持电路

那么给一个电容电容可以维持电压，串联一个二极管

那么这个电容上的电就只进不出

这样呢就形成一个峰值电压采集电路

我们给信号发生器波形，方波、正弦波和三角波

那么我们看输出

在不带负载的情况下，这三种信号输出的结果都是一样的

也就是说保持在峰值 10V

那么带负载的情况呢略有不同

我们分别带 1k、100Ω 和 10Ω 的负载

当我们带的负载很轻的时候，也就是说

当 1k 负载的时候，峰值电压保持依然比较好

维持在 10V，有少量的波动

那么当带 100Ω 负载的时候，波动加剧

当带 10Ω 负载的时候波动非常明显

这个原因很好解释，也就是说

当我的电源不给电容充电以后，负载的电全靠电容上得来

那么负载越重电容上的电消耗越快，从而形成锯齿

我们先来看高压产生的部分

在三种基本元件中呢电阻只能够分压

也就是说它最多是降压

电容的特性呢是维持电压不变，只有电感可以产生高压

我们生活中呢，经常可以看到电感产生高压的例子

例如各种开关，插拔的时候呢产生的电火花

我们看电感是如何产生高压的

当开关闭合的时候，电感上有电流流过

当开关断开，电感上电流就会突降为零

那么这是不被允许的

电感上会产生一个和电源相同方向的电压

帮助电源去维持电流导通

那么能够产生多高的电压呢

根据电感电压的表达式 uL=L(di/dt)

你的电流变化率有多快，像我们刚才

你的电流是突降为零的，开关断开

那么 di/dt 就是无穷大

需要多高就会产生多高的 uL 来维持电流继续导通

如果这个时候开关是一个半导体开关

那么将会被击穿，这开关就损坏了

如果是机械开关，那么高压会把空气击穿导电

于是我们就可以看到电火花

那么通常电火花都是有害的因为电火花的温度很高

它发白，白光温度呢起码有四千度

它会熔化金属触点

那我们有的大功率的开关还会有灭弧装置

电火花根本就消除不掉

如果我们把电感高压用峰值电压保持电路给取出来

这就构成了 Boost 升压斩波电路

前面负责产生高压

产生的高压呢去给峰值电压保存电路进行采样

保持住这个电压

我们来求解输出电压

同样是利用稳态时电感端电压平均值为零的特性

那么当开关闭合的时候

与电感有关的回路就长这样子，开关闭合

那么我们可以列出电感闭合的电压等于 UI

那么我们在分析电力电子电路原理的时候呢

一般呢首先都是忽略二极管导通管的降压

有需要再把它考虑进去

那么当开关断开的时候

等效电路，如图所示

比如说电感给负载

供电

那么这个时候呢电感电压就是输入电压减去输出电压

输入减输出等于电感电压

我们列出电感电压方程

把求得的开关闭合时电感电压开关断开时电感电压代入

好，简单移项以后我们就得到了输出电压的表达式

总周期去除以开关断开的时间也就是 1/(1-D)

D 还是占空比

由于占空比是小于等于1的

所以呢 Boost 电路为升压斩波电路

并且 D 越大也就是占空比越大，输出电压越高