(请教)关于DC-DC升压的原理

kingyb · 发表于 2007-4-3 16:48:35

关于DC-DC的个人理解是:将直流电压输入，通过PWM控制和开关管的作用下,转化成方波，然后进行升压或者降压,再进行整流成直流电,最后输出滤波,输出干净的直流
请问，其中的升压是怎么实现的?相关应用电路如下
[upload=jpg]UploadFile/2007-4/0743@52RD_新建 BMP 图像.JPG[/upload]
下图为降压型DC-DC功能框图[upload=jpg]UploadFile/2007-4/0744@52RD_11111.JPG[/upload]
下图为升压型 DC-DC功能框图
[upload=jpg]UploadFile/2007-4/0744@52RD_222222.JPG[/upload]
下图为简易DC-DC原理图

[upload=gif]UploadFile/2007-4/0744@52RD_0603131657fa_0.gif[/upload]

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小潘 · 发表于 2007-4-4 08:39:16

也想了解下下!

mkevin · 发表于 2007-4-4 09:10:14

基于电感上的电流不能突变的理念。
在MOS沟道打开时，VIN经L1,MOS到地的形成一个通路，但此时D1反相是截止的，L1上的电流增大。在MOS沟道关闭后，由于L1上的电流大小和方向不能突变，与D1以后后面的大电容和负载形成通路，L1上不能突变的电流继续向向负载的电容充电，维持负载的电压。
L1上电流的大小与MOS管上的开关时间比例即占空比相关。开的时间越长，电感上电流越大，在MOS管关闭时充电电流就相应越大。

基本原理就这样，欢迎补充。[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

6123456 · 发表于 2007-4-4 09:29:19

IC的比较复杂，就用下面一下图说明了，原理是一样的。

一般几个二极管加几个电容组成的倍压电路是采用电容做为储能器件，而这种升压电路采用电感作为储能元件，原理其实是大同小异的。

VIN通电，
1、电流首先经过L1-D1 给C0充电,CONRTOLLER也同时得到电压,
2、CONRTOLLER得到电压后控控Q1导通，因为L1的直流阻抗很小，所以会有电流从Q1上流过，但因为电感的特性，电流不能瞬变，所以会在电感两端产生左正右负的电压，成生自感电动势，阻碍大电流的产生。
3、当电感的能量下降时，电流就会开始上升，而CONRTOLLER此时控制Q1的截止，通过L1电流又开始下降，因为电感的特性，电流不能瞬变，所以会在电感两端产生左负右正的电压，成生自感电动势，阻碍电流的减小，这个电压就叠加VIN给经D1提供给负载使用，使用负载电压上升。
4、CONRTOLLER控制Q1的导通关断的频率会决定L1的大小选择，及输出滤波电容的大小等。CONRTOLLER控制Q1的导通关

6123456 · 发表于 2007-4-4 09:32:45

IC的比较复杂，就用下面一下图说明了，原理是一样的。

一般几个二极管加几个电容组成的倍压电路是采用电容做为储能器件，而这种升压电路采用电感作为储能元件，原理其实是大同小异的。

VIN通电，
1、电流首先经过L1-D1 给C0充电,CONRTOLLER也同时得到电压,
2、CONRTOLLER得到电压后控控Q1导通，因为L1的直流阻抗很小，所以会有电流从Q1上流过，但因为电感的特性，电流不能瞬变，所以会在电感两端产生左正右负的电压，成生自感电动势，阻碍大电流的产生。
3、当电感的能量下降时，电流就会开始上升，而CONRTOLLER此时控制Q1的截止，通过L1电流又开始下降，因为电感的特性，电流不能瞬变，所以会在电感两端产生左负右正的电压，成生自感电动势，阻碍电流的减小，这个电压就叠加VIN给经D1提供给负载使用，使用负载电压上升。
4、CONRTOLLER控制Q1的导通关断的频率会决定L1的大小选择，及输出滤波电容的大小等。CONRTOLLER控制Q1的导通关断的占空比就会决定第三个周期的时间，调节升压的高低。

kingyb · 发表于 2007-4-4 10:16:26

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>mkevin</I>在2007-4-4 9:10:14的发言：</B>
基于电感上的电流不能突变的理念。
在MOS沟道打开时，VIN经L1,MOS到地的形成一个通路，但此时D1反相是截止的，L1上的电流增大。在MOS沟道关闭后，由于L1上的电流大小和方向不能突变，与D1以后后面的大电容和负载形成通路，L1上不能突变的电流继续向向负载的电容充电，维持负载的电压。
L1上电流的大小与MOS管上的开关时间比例即占空比相关。开的时间越长，电感上电流越大，在MOS管关闭时充电电流就相应越大。

基本原理就这样，欢迎补充。</DIV>

可是描述中只有电流的大小，那升压是怎么完成的呢?
斑竹的意思是因为电感上产生的感应电动势和电源的叠加,那电感上的感应电动势最多应该和电源的一样的吧`那么说的话，应该升压输出最高是输入电压的两倍吗?

6123456 · 发表于 2007-4-4 11:16:25

电容的端电压不超电源，升压的话，是倍数关系，电感则不是。
就好比：你可以想像一下变压器，是匝数比的关系！

kingyb · 发表于 2007-4-4 11:56:30

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>6123456</I>在2007-4-4 11:16:25的发言：</B>
电容的端电压不超电源，升压的话，是倍数关系，电感则不是。
就好比：你可以想像一下变压器，是匝数比的关系！</DIV>

呵呵，我可以想象，但是就一个电感，和谁组成匝数比?

mkevin · 发表于 2007-4-4 12:16:01

其实也只是个描述角度不同而已。电压和电流在电路里是息息相关的。
比如在MOS关断时，电感上的电流继续保持原来的方向，即是向二极管方向充电，那么负载上的电荷累积根据U=Q/C,电压自然就起来了。当MOS管打开时，由负载并的大电容作为电源向负载放电，而电感的电流流向地，在出现负载电压比电感大的阶段也不用怕，因为二极管工作在反相截止状态。加上适当的反馈回路来保证MOS开关的占空比，促成一个稳定的电压输出。而占空比个人觉得可以理解作控制充向负载电荷的多少。

fredyu · 发表于 2007-4-4 12:42:20

电容上电压不能突变，所以把电容充上电，再把输入电压和电容串联，也就实现输出的升压了

kingyb · 发表于 2007-4-4 16:26:38

我看到过一本书上，介绍PWM降压电源,即是降压DC-DC,里面提到电感和电容(接在开关管之后)的作用只是低通滤波作用,而改变PWM的占空比便可调节输出电压的大小,因为当把方波电压看成是直流分量和高频分量的叠加时,改变了占空比,就改变了直流分量的值,通过低通滤波将高频分量旁路，从而得到直流输出

在此DC-DC升压电路里，电感是接在开关管两边的,由此可见，此电感确实参与了电路了升压功能,这与斑竹讲的电感感应电动势与电源电压叠加输出高电压是比较容易理解的,关于电感到底能产生多大的感应电动势,基本上也是和开关频率和占空比息息相关的，但是在一般的DC-DC设计中，因为要确定后面的滤波电路，所以,开关频率就要保持固定值,就使得改变占空比来调节输出电压大小的DC-DC成了电子产品中的主流了,不同产品中，都有一个关于输出电压和开关频率和占空比参数的公式,也就是这个道理

以上为个人在斑竹老大和网友的指导并参看<功率电子技术>一书后的一点浅浅见识,欢迎各位批评指点

whzkh · 发表于 2007-4-4 21:07:24

斩波升降压，利用电感的储能作用，进行转换，
降压是将输入电压进行分时通断最后取平均，输出电压与占空比成比例，
升压一般是将原输入电压串联其中，再加上占空导通的平均电压，而达到升压

xiyangzixing · 发表于 2007-4-5 11:57:20

看了大家的评论,我对开关电源的认识更清楚了些！谢谢！
小弟还有2个小的细节问题想问一下：
1，上电的瞬间是电感L先通过开关管充电？还是二极管和后级电容？
2，电感和开关管的位置，和它所起的作用的关系？

[em13][em13]

kingyb · 发表于 2007-4-5 17:07:15

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>xiyangzixing</I>在2007-4-5 11:57:20的发言：</B>
看了大家的评论,我对开关电源的认识更清楚了些！谢谢！
小弟还有2个小的细节问题想问一下：
1，上电的瞬间是电感L先通过开关管充电？还是二极管和后级电容？
2，电感和开关管的位置，和它所起的作用的关系？

[em13][em13]</DIV>

1理论上讲,应该是L
2我前面讲到，在升压应用中，电感作为储能元件，从而达到升压的效果,在降压应用中，电感和电容主要组成低通滤波的作用,作用决定了电感的位置

tmrobin630 · 发表于 2007-4-7 00:00:53

很有收获,谢谢,呵呵

fengjianshui · 发表于 2007-4-11 15:37:37

我觉得可以在电感进行放电的时候，可以利用整个回路的压差应为0的方法来计算：Vin+VL-VD-Vout（由于场效应管此时截止）。这样就知道Vout是肯定升压的。只需要算出VL的压降就可以。而VL可以通过电感的储存能量除于回路电流I和放电时间得到。因此VL的大小取决于充放电的时间差。
不知道说的对不对[em01]

vf1983cs · 发表于 2007-4-27 20:25:25

这个电路我以前在其它论坛发贴问过，也引起了很多人的讨论。我把地址贴出来，大家可以看一下：
http://www.avrw.com/bbs/Show.asp?id=58302&BoardID=6&TB=1
http://www.avrw.com/bbs/Show.asp?id=61634&BoardID=6&TB=1

kingyb · 发表于 2007-4-28 17:17:33

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>vf1983cs</I>在2007-4-27 20:25:25的发言：</B>
这个电路我以前在其它论坛发贴问过，也引起了很多人的讨论。我把地址贴出来，大家可以看一下：
http://www.avrw.com/bbs/Show.asp?id=58302&BoardID=6&TB=1
http://www.avrw.com/bbs/Show.asp?id=61634&BoardID=6&TB=1</DIV>

呵呵，那你没发现这两个论坛我都有讨论此问题吗，呵呵，没想到，你也来这里了
记得当时在你那里讨论的时候，怎么也想不明白升压的原理，后来看了些PWM电源原理的书后，才开始渐渐领悟的

leoyang1981 · 发表于 2007-5-1 21:14:53

学习了，谢谢

allex_xy · 发表于 2007-5-6 10:07:02

Controller产生控制用PWM矩形波,L1储能电感,Co储能电容(也有滤波功效).Q1主控开关.
牢记一点,开关电源三大主力元件:储能电感,储能电容,主控开关.
说明一下D1在这里起到隔离作用.
对于是升压还是降压,主要看三大主力元件的联接关系.

当Q1处在ON时,储能电感短路到地,D1截止,L1开始蓄能,电感电流线性增加.当Q1处在OFF时,由于电感电流不能突变,根据电磁场理论,就会在L1两端产生感生电动势,L1左负右正,这样L1感生电动势叠加在VIN上高于VOUT,所以D1开通,为负载提供电能,同时给Co蓄能.然后进入下一个周期.
还有就是反馈控制和环路补偿,前者稳定目标输出电压,后者稳定反馈环路,避免产生振荡,提高电路的稳定度.

Controller是控制核心,所以比较复杂.但基本功能模块大致是一样的,包括反馈控制,PWM生成,保护,软启动,使能控制等.

对于NP2307,PWM输出使浮动输出,而一般驱动的是MOS管,所以就会有高边驱动和低边驱动之分别.要使MOS管ON电阻低,那么就要有足够高的栅极电压,而高边和低边是不一样的.低边驱动相对简单,而高边由于栅极电压不能高于输入电压会出现大的ON电阻,所以NP2307中采用的自举电容C278来提升到比VIN电压高的电位上,可靠驱动高边MOS管.

其余的保护就是过压保护,欠压锁定,过流保护,热保护等.

对于反馈补偿,有的IC上集成的，有些则需要对环路进行分析加适当的补偿,以保证环路的稳定性.

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