Boost本身是一個單詞,有“促進、增加”的含義。在電子設計中,Boost是一種升壓電路。
一節電池是1.5V,兩節電池串聯起來,就有3V。Boost升壓變換器的原理,就是把儲能元件電感,作爲“間歇性電源”,與輸入電源串聯起來,實現升壓。
Boost升壓變換器
如上圖,當開關管Q導通(閉合)的時候,輸入電壓對電感充電,電容放電維持輸出電壓,電流的迴路是:輸入電壓Vin→電感L→開關管Q;
當開關管Q1斷開的時候,輸入電壓Vin+電感L串聯起來,一起爲電容C充電,串聯電壓會大於輸入電壓,電流的迴路是:輸入電壓Vin+電感L→二極管D→電容C→輸出電壓Vout。
可以看出,控制Q導通的時間,就可以控制輸出電壓。如果在一個週期內,Q1導通的時間爲Ton,Q1關斷的時間爲Toff,我們忽略器件上的損耗,(根據電感的伏秒平衡可知)輸出電壓與輸入電壓的關係:
輸出電壓取決於電容中儲存的電荷量,在電感爲電容充電的期間,輸出電壓上升;其它時間,電容爲負載提供電流,輸出電壓下降。所以,輸出電壓必然存在波動,不如線性穩壓電源紋波小。
基於MC34063的Boost升壓電路
MC34063是一片集成的DC-DC電壓轉換器。它內置了振盪器、驅動器以及大電流的輸出開關,可用做升壓、降壓,或者逆變開關穩壓器。這個芯片已經比較古老了,性能也不算好,只是比較典型,所以拿來講原理。
圖 MC34063功能框圖
它的1、2腳就是開關管的兩端。可以看出MC34063內部的開關管是達林頓管,它與單個三極管原理類似,但擁有更大的放大倍數。
3腳外接電容,用於控制振盪器的頻率。
4腳與6腳分別接GND與VCC,用於供電。
7腳與8腳用於保護,暫不關注。
5腳接比較器的反向輸入端。芯片內部有1.25V的參考電源與比較器,通過外部負反饋電路,可以保持5腳的電壓始終爲1.25V作用。所以5腳常常外接採樣電路,用於檢測輸出電壓是否達到設定值。
圖 Boost升壓電路原理圖
輸出電壓將影響第5腳“比較器反相輸入”的電壓。如果5腳的電壓小於1.25V,芯片內部的比較器、振盪器、與門、RS觸發器會經過一系列配合,使1腳與2腳斷開,電感放電,輸入電壓+電感爲電容充電,提高輸出電壓。如果5腳的電壓大於1.25V,1腳與2腳閉合,爲電感充電。電容爲負載供電,輸出電壓逐漸下降。可見,爲採樣電路選擇合適的分壓電阻可以確定輸出電壓的值。
電路中其它器件的值均可查閱數據手冊算出。爲了進一步提升輸出電源的質量,輸出端還可以增加LC濾波電路。
下圖是1腳波形(黃色)與輸出電壓波形(藍色)對比。