升降压电路的工作原理

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1.升压电路也叫自举电路，是利用自举升压二极管，自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高，有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。

开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理，the boost converter，或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。基本电路图如图所示

假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。

（1）充电过程
升压电路原理的充电过程，在充电过程中，开关闭合(三极管导通)，等效电路如图二，开关(三极管)处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

（2）放电过程
升压电路原理的放电过程。如图，这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时，由于电感的电流 保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电， 电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，升压完毕。

升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电感量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

（3）.DC-DC变换器的基本电路有升压变换器、降压变换器、升降压变换器三种。
降压变换器原理图如图1所示，当开关闭合时，加在电感两端的电压为（Vi-Vo），此时电感由电压（Vi-Vo）励磁，电感增加的磁通为：（Vi-Vo）*Ton。
当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi-Vo）*Ton=（Vo）*Toff，由于占空比D<1，所以Vi>Vo，实现降压功能。
升压变换器原理图如图2所示，当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：（Vi）*Ton。
当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo- Vi）*Toff。
当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi）*Ton=（Vo- Vi）*Toff，由于占空比D<1，所以Vi<Vo，实现升压功能。

升降压变换器、入出极性相反原理如图3, 当开关闭合时，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：（Vi）*Ton；当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通，（Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能Vi<Vo，也可能Vi>Vo。

(4).当开关S1闭合导通时，VA电压为高，Vin给电感L1充电，流过电感L1的电流逐渐增加，电流路径见上图绿色回路，电感充电波形见下图。

当开关S1断开时，Va为低电平，电感L1通过负载和二极管放电，电感L1的电流逐渐减小，电流路径见下图蓝色部分，电感放电波形见上图。


升压电路拓补结构

降压电路拓补结构

2.常见的几种升压电路

(1).1.5V升9V电源电路图如附图所示。该电路为间歇式振荡升压电路。BG1与L1、L2、C1等构成振荡器。BG1为振荡管，工作在开关状态。L1、C1为振荡反馈元件。L2为振荡储能绕组。为了方便，电路还设计了由BG3构成的自动电子开关。当BG3的基极没有负载时，也就没有基极电流，BG3、BG2、BG1均截止，整个电路停止工作，不消耗电源。因此，本电路不需设立单独的电源开关。

当A、B两点接上负载时，BG3导通，BG2也跟着导通，通过负载为BG1提供基极电流，BG1导通，能量从电源流入并储存在L2中。此时BG1集电极电压很低，D1截止，负载由C2残存电压供电。当BG1截止时，L2中电流不能突变，它将产生出较高的逆程电动势，经D1整流后输出。当输出电压高于D2的稳压值时，BG2的b、e结反偏而趋向于截止，BG1基极电流将会下降，迫使其振荡减弱，输出电压也随之下降从而将输出电压自动地控制在D2的稳压值附近。

(2).MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。

振荡器通过恒流源对外接在CT管脚（3脚）上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的，振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门的C输入端在振荡器对外充电时为高电平，D输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。当C和D输入端都变成高电平时触发器被置为高电平，输出开关管导通;反之当振荡器在放电期间，C输入端为低电平，触发器被复位，使得输出开关管处于关闭状态。电流限制通过检测连接在VCC和5脚之间电阻上的压降来完成功能。当检测到电阻上的电压降接近超过300mV时，电流限制电路开始工作，这时通过CT管脚（3脚）对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间，结果是使得输出开关管的关闭时间延长。

MC34063引脚功能
1脚：开关管T1集电极引出端;
2脚：开关管T1发射极引出端;
3脚：定时电容ct接线端;调节ct可使工作频率在100—100kHz范围内变化;
4脚：电源地;
5脚：电压比较器反相输入端，同时也是输出电压取样端;使用时应外接两个精度不低于1%的精密电阻;
6脚：电源端;
7脚：负载峰值电流（Ipk）取样端;6，7脚之间电压超过300mV时，芯片将启动内部过流保护功能;
8脚：驱动管T2集电极引出端;

MC34063升压电路MC34063组成的升压电路原理如下图，当芯片内开关管（T1）导通时，电源经取样电阻Rsc、电感L1、MC34063的1脚和2脚接地，此时电感L1开始存储能量，而由C0对负载提供能量。当T1断开时，电源和电感同时给负载和电容Co提供能量。电感在释放能量期间，由于其两端的电动势极性与电源极性相同，相当于两个电源串联，因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续的直流电压。

MC34063升压电路：从5V升到12V