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电感在DC-DC升压电路的工作原理

今天我们(men)探讨(tǎo)电感实际电路工作的(de)应用问(wèn)题,在实际电路中主要是利用电感的(de)通低频阻(zǔ)高频,通直(zhí)流阻交流(liú)特性设计不同(tóng)电路,下(xià)面(miàn)我们来看(kàn)一看电感在DC-DC的升压电路的工作原理。

如(rú)图1所示是一种典型的DC-DC的升压电路,在手机应用电路中,通(tōng)常需要通(tōng)过(guò)升压电路来驱(qū)动显示屏背光(guāng)亮(liàng)度,除了手机外还(hái)有电(diàn)视机和微(wēi)波炉,其次还有(yǒu)捕蝇器(qì)、电蚊(wén)拍等都(dōu)需要(yào)将电源的(de)电(diàn)压进行升(shēng)压。


1、开关S闭合:

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图1

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图2

如(rú)图1所示,当开(kāi)关S闭合时,a、b、d构成闭合回(huí)路,电源E通过电感产生从小到大的电流i,此(cǐ)时t1(如图2中t1→t2)电流频率趋近高(gāo)频,根据楞次定律(增反减同),电感产生感应电流方向与原电(diàn)流i相反,感应电流(liú)阻碍i变化,电感感应电流方向为b→a,也(yě)就是说电(diàn)源电流i在电感上转为磁能存储了下来,直到t2时电流i最大,阻碍力也是最大,电感存储(chǔ)的磁能也(yě)为最(zuì)大。再接着t2过后电流倾向平缓,电流频率(lǜ)趋近直流,电感阻(zǔ)碍减弱,多(duō)余的电流通过开关,组(zǔ)成(chéng)闭合回路流(liú)向(xiàng)负极。

2、开关S断开:

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图3

图4

如(rú)图3所示,当开关S断开时(shí),a、b、d构成不了闭合回路,电源E流过电感电流瞬间从大到大i,此(cǐ)时t3(如图4中(zhōng)t3→t4)电流频率趋近高频,根据楞次定(dìng)律(增反(fǎn)减同),电感产(chǎn)生感应电(diàn)流方向与(yǔ)原电(diàn)流i相同(tóng),感应电流阻碍i变(biàn)化,电感感应电流方向为a→b,也就是说(shuō)电源电流i在电感上(shàng)将已转的磁能开始转换(huàn)为电流,此时电流方向通过二极管(guǎn)a→b→c→d,即b点的电压为电感感(gǎn)应电动(dòng)势e加上原电源的(de)电压E,它们一起通过(guò)二极管D1向电容(róng)C充电存储下来,并同时向负载(zǎi)输出电压U0,如果不(bú)考虑二极管的压降,U0=E+e。其中感应电压大(dà)小可以用一个公式表示:

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该式表明感(gǎn)应电压大小(xiǎo)与电感大小、单位时间电流(liú)变化率有关。

所以此时的电压U0高于电(diàn)源(yuán)电压(yā)E。直(zhí)到t2时电流i最小,阻碍力也(yě)是(shì)最小,电感存储的磁能也基本快转换结束。

接下来通过(guò)开关不断地闭合、断开,就(jiù)可以不断地输(shū)出电压U0,且该电压U0高于(yú)电源电压(yā)E,从而(ér)起到(dào)升(shēng)压的目的。

3、开关换成场效应管:

如果我们把开关换成如(rú)图6所示的场效(xiào)应管Q1,场效应管(guǎn)栅极(jí)e控(kòng)制信(xìn)号能(néng)够有一种信号如(rú)图5这样的信号控(kòng)制(zhì)着开关的闭(bì)合(hé)、断(duàn)开,即在t1时(shí)间(jiān)开关闭合,在t2时间(jiān)开关断开,我们把这(zhè)样的信号叫做PWM脉冲信号,就(jiù)同样能输出高压电压U0。

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图5

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图6

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