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电感在DC-DC升压电路的工作原理

今天我们探讨电感实际电路工作的应用问题,在实际电路中主要是利用电感的通低频阻高频,通直流阻交流特性设计不同电路,下面我们来看一看电感在DC-DC的升压电路的工作原理。

如图1所示是一种典型的DC-DC的升压电路,在手机应用电路中,通常需要通过升压电路来驱动显示屏背光亮度,除了手机外还有电视机和微波炉,其次还有捕蝇器、电蚊拍等都需要将电源的电压进行升压。


1、开关S闭合:

图1

图2

如图1所示,当开关S闭合时,a、b、d构成闭合回路,电源E通过电感产生从小到大的电流i,此时t1(如图2中t1→t2)电流频率趋近高频,根据楞次定律(增反减同),电感产生感应电流方向与原电流i相反,感应电流阻碍i变化,电感感应电流方向为b→a,也就是说电源电流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,电感存储的磁能也为最大。再接着t2过后电流倾向平缓,电流频率趋近直流,电感阻碍减弱,多余的电流通过开关,组成闭合回路流向负极。

2、开关S断开:

图3

图4

如图3所示,当开关S断开时,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,此时t3(如图4中t3→t4)电流频率趋近高频,根据楞次定律(增反减同),电感产生感应电流方向与原电流i相同,感应电流阻碍i变化,电感感应电流方向为a→b,也就是说电源电流i在电感上将已转的磁能开始转换为电流,此时电流方向通过二极管a→b→c→d,即b点的电压为电感感应电动势e加上原电源的电压E,它们一起通过二极管D1向电容C充电存储下来,并同时向负载输出电压U0,如果不考虑二极管的压降,U0=E+e。其中感应电压大小可以用一个公式表示:

该式表明感应电压大小与电感大小、单位时间电流变化率有关。

所以此时的电压U0高于电源电压E。直到t2时电流i最小,阻碍力也是最小,电感存储的磁能也基本快转换结束。

接下来通过开关不断地闭合、断开,就可以不断地输出电压U0,且该电压U0高于电源电压E,从而起到升压的目的。

3、开关换成场效应管:

如果我们把开关换成如图6所示的场效应管Q1,场效应管栅极e控制信号能够有一种信号如图5这样的信号控制着开关的闭合、断开,即在t1时间开关闭合,在t2时间开关断开,我们把这样的信号叫做PWM脉冲信号,就同样能输出高压电压U0。

图5

图6

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