我们都遇到麻烦的情况下,我们需要一个电压略高于我们的电源可以提供。我们需要12伏特,但只有一个9伏电池。也许我们有一个3.3 v电源当我们的芯片需要5 v。如此,在大多数情况下,当前的画是很体面的。

最后,我们问自己这个问题,有可能一个直流电压转换为另一种形式吗?

幸运的是,答案是肯定的。可以转换一个直流电压到另一个极端,然而,稍微聪明的一侧的方法。

不,它不涉及直流到交流的转换和回来。因为它涉及到太多的步骤。任何有太多步骤是效率低下;这是一个很好的生活教训。

进入的世界开关型直流-直流转换器!

它们被称为开关模式,因为通常一个半导体开关打开和关闭非常迅速。

提高转换器是什么?

一个提高转换器一个最简单的吗类型的开关模式转换器。顾名思义,它需要一个输入电压和提高或增加。它只包含一个电感,半导体开关(这些天MOSFET,因为你可以得到很好的的这些天),二极管和电容器。还需要的是一个周期方波的来源。这可以像一个555定时器一样简单的事情甚至一个专用的smp IC著名MC34063A集成电路。

正如您可以看到的,只有少数部分要求做一个提高转换器。它比一个少麻烦AC变压器或电感器。

他们这么简单,因为他们最初是在1960年代开发的电力电子系统在飞机。这是要求这些转换器尽可能紧凑和有效。

提高转换器提供最大的优点是效率高,其中一些甚至可以高达99% !换句话说,99%的输入能量转化为有用的输出能量,只有1%被浪费了。

如何提高变换器的工作吗?

是时候做一个深呼吸,我们即将陷入电力电子的深渊。我一开始就会说,这是一个非常有益的领域。

理解提高转换器的工作,它是强制性的,你知道电感器场效应管,二极管和电容器工作。

知识,我们可以通过提高变换器的工作一步一步。

步- 1

在这里,什么也不会发生。输出电容器被指控的输入电压-一个二极管下降。

- 2步

现在,是时候把开关打开。我们的信号源高,打开MOSFET。所有的电流通过电感器转移到MOSFET。注意,输出电容保持充电,因为它现在不能放电通过反偏二极管。

电源不是立即短路的,当然,因为电感使当前增加相对缓慢。同时,磁场建立电感。注意整个感应电压的极性。

- 3步

MOSFET是关闭和电感电流突然停止。

一个电感的本质是维持平稳电流;它不喜欢突然改变电流。所以不喜欢当前的突然关闭。这响应通过生成一个大电压相反极性的电压最初提供给其使用中存储的能量磁场保持电流。

如果我们忘记其他电路元素只注意极性符号,我们现在注意到电感器就像一个电压源串联电源电压。这意味着二极管的阳极现在在电压高于阴极(记住,帽子已经开始向电源电压),正向偏压。

输出电容器是现在比以前更高的电压,这意味着我们已经成功地加快了低直流电压更高的一个!

我建议你再次经历的步骤非常缓慢和理解他们凭直觉。

这些步骤发生数千次(取决于振荡器的频率)来维持负载下的输出电压。

提高转炉操作要点

现在你们中的许多人已经有问题过于简单化的解释。有很多了,但这是值得的提高变换器的工作绝对清晰。现在我们有这样的理解,我们可以进入细节。

1。振荡器。你不能永远保持MOSFET开关输出,不理想——他们有饱和电感电流。如果我们保持MOSFET开关任何超过几百微秒马克斯,供应将短电路和电感器绝缘烧伤,MOSFET破产和其他令人不快的事情发生。我们用我们的知识的电感计算所需的时间达到一个合理的电流(例如一个Amp,),然后配置相应振荡器的准时。这导致电感电流波形看起来像看到边缘,因此得名“锯齿。

2。MOSFET本身。在步骤3中,如果你仔细看,MOSFET看到一个电压是电源电压和电感电压,这意味着高的MOSFET是额定电压,这意味着对电阻很高。提高转换器的设计一直是一个MOSFET击穿电压和电阻之间的妥协。提高变换器的开关MOSFET总是软弱点,当我从冷,艰难的经历。的最大输出电压提高转换器设计并不局限而是通过场效应晶体管的击穿电压。

3所示。电感器。显然,老电感器不能工作。电感用于提高转换器应该能够承受大电流和高渗透性的核心,所以电感对于一个给定的尺寸是高的。

提高转炉操作

还有另一种方法思考提高转换器的操作。

我们知道,能量存储在一个电感器是由:

½x L I2

L的电感线圈和我是最大峰值电流。

所以我们一些能量存储在电感器的输入并将同样的能量传输到输出虽然在更高的电压(能量是守恒的,很明显)。发生数千次(取决于振荡器频率),所以加起来的能量每一辆自行车就得到一个很好的可衡量的和有用的能量输出,例如10次方焦耳每秒,即10瓦。

随着方程告诉我们,能量存储在电感正比于电感和峰值电流的平方。

增加输出功率,我们首先想到的可能是增加电感的大小。当然,这将会有所帮助,但不是像我们想的那样!如果我们使电感较大,最大峰值电流,可以实现在给定的时间减少,或当前的时间增加(记住基本方程V / L = dI / dt),所以整个输出能量不增加大量!

然而,由于能量正比于最大电流的平方,增加当前的增加将导致更大的输出能量!

所以我们明白选择电感器是一个很好的平衡电感峰值电流。

这些知识我们可以被理解的正式方法设计一个提高转换器。

提高变换器的设计

步- 1

首先,我们需要一个彻底了解我们的负载要求。强烈建议(经验),如果你试图建立一个促进转换器一开始是很重要的知道独立输出电压和电流,它的产品是我们的输出功率。

- 2步

一旦我们有了输出功率,我们可以除以输入电压(也应该决定)所需的平均输入电流。

我们增加了输入电流40%占涟漪。这个新值输入电流峰值。

还最低输入电流的0.8倍的平均输入电流,所以平均输入电流乘以0.8。

现在我们已经和最小电流峰值,我们可以计算总改变电流峰值和最小电流减去。

- 3步

现在我们计算转换器的工作周期,即开关的比例乘以的振荡器。

工作周期由这个课本给出的公式:

华盛顿特区=(输出电压- Vin) /(输出电压)

这应该给我们一个合理的十进制值,高于0但低于0.999。

- 4步

现在是时候决定振荡器的频率。这是作为一个单独的步骤,因为信号源可以是任何从555定时器(频率和占空比是完全在你的控制)或固定频率脉宽调制控制器。

一旦确定的频率,我们可以找出总时间成反比。

现在时间乘以责任周期值的。

- 5步

因为我们已经确定,输入电压和电流的变化,我们可以把这些值代入电感公式已重新安排一个小:

L = (V * dt) / dI

在V的输入电压,dt是准时和dI是电流的变化。

不要担心如果电感值不是一个常见的一个,使用最接近标准的价值。稍加调整,系统应能正常工作。

选择的部分

1。开关晶体管

我没有提到了因为这是完全基于应用程序类型。当然,MOSFET在所有应用程序使用这些天,因为他们是非常有效的,但可能会有一个正常的双极型晶体管的情况下可能就足够了,因为简单。

我重复我之前说的,选一个晶体管的击穿电压比的最大输出电压转换器。

它还可能是一个不错的选择看MOSFET数据表,并确定输入电容/栅电容。此值越低,越容易驱动需求。任何低于3500 pf是可以接受和适度宽松开车。

是我个人的选择IRF3205,有一个8毫欧姆的电阻和击穿电压55 v,可控的输入电容3247 pf,除了一个容易的部分。

也没有提到的示意图是一个专用的MOSFET栅极驱动程序。再一次,我高度推荐使用。它会节省你大量的损失和时间。我的建议——TC4427。它有两个司机在一个DIP8包,它可以轻易平行的驱动电流。

2。输出二极管

虽然看似细小,在我们处理的电流(或电压)二极管的选择起到很大作用效率。

不幸的是,常见1 n4007行不通,因为它太慢了。将既不结实的1 n5408。我试着在我做过的设计,表现都非常糟糕,因为他们是如此缓慢。它甚至不值得尝试。

我使用了UF4007,相同的额定电压1 n4007(1000 v反向)。

如果您正在构建一个低电压转换器(比如3.3 v至5 v)然后选择将是一个肖特基二极管,像1 n5822。

结论

读这篇文章,我觉得,通过电力系统相当于坐在讲座,希望让你更有见识。像往常一样,最好的学习方法是实际构建一些东西。现在你有构建和使用所需的知识提高转换器!