今天給大家分享的是DC-DC 升壓電路。

這里主要是關(guān)于：DC-DC 升壓電路、DC-DC 升壓模塊原理、如何構建DC-DC 升壓電路。

一、什么是 DC-DC 轉換器？

DC-DC 轉換器是一種電力電子電路，可有效地將直流電從一個(gè)電壓轉換為另一個(gè)電壓。

DC-DC 轉換器在現代電子產(chǎn)品中扮演著(zhù)不可或缺的角色。這是因為與線(xiàn)性穩壓器相比，它們具有多項優(yōu)勢。尤其是線(xiàn)性穩壓器會(huì )散發(fā)大量熱量，與 DC-DC 轉換器中的開(kāi)關(guān)穩壓器相比，它們的效率非常低。

DC-DC 升壓電路

在介紹 DC-DC 轉換器 的工作原理之前，看一個(gè)示例，為什么 DC-DC 轉換器這么有用？假設構建一個(gè)具有以下要求的電路：

DC-DC 升壓電路

• 2Ω 負載電阻

• 12V 直流電源

• 5V 負載電壓

我們需要降低 12V 電池的電壓，為負載提供 5V 電壓。我們可以將一個(gè)2.8Ω的電阻與負載串聯(lián)，以提供所需要的電壓。

先計算電路的效率如下：

DC-DC 升壓電路

從這些計算中，我們可以看到負載僅僅消耗了 12.5W 的輸入功率，剩余部分 (30 – 12.5 = 17.5 W) 轉化為熱量。

照這么來(lái)看，其實(shí)是有點(diǎn)浪費的，如果觸摸串聯(lián)電阻，會(huì )有點(diǎn)熱，這里需要結合機制來(lái)冷卻電路，為了獲得更優(yōu)的解決方案，可以看下面的電路：

DC-DC 升壓電路

開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，輸入電壓為 0V，控制在 ON 位置時(shí)，輸入電壓為 12V。下圖分別顯示了開(kāi)關(guān)位置 ON 和 OFF 的等效電路。

DC-DC 升壓電路等效電路

如果我們如下圖（a）所示控制開(kāi)關(guān)，我們得到如下圖（b）所示的電壓圖。T為切換周期，單位為毫秒或微秒。

DC-DC 升壓電路

在這種情況下，這種開(kāi)關(guān)行為的平均輸出電壓為 5V，因為：

DC-DC 升壓電路

該電路的平均輸出電壓為5V，但我們可以通過(guò)使用RC濾波電路去除諧波來(lái)改善輸出波形。

如果我們假設開(kāi)關(guān)是理想的（理想開(kāi)關(guān)是不消耗或耗散電源的開(kāi)關(guān)），我們可以計算出該電路的效率為 100%。當開(kāi)關(guān)處于 ON 位置時(shí)，流過(guò)電路的電流為 6A。

由于我們有一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)，耗散功率為 P_diss = RI 2 = 0 * 9 2 = 0W。當開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉位置時(shí)，沒(méi)有電流流過(guò)開(kāi)關(guān)，因此在這種情況下，耗散功率也為 0。

然而在實(shí)際應用中，找到一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)是比較困難的，這就意味著(zhù)實(shí)際上會(huì )有一些功耗，雖然有功耗，但轉換的效率仍舊很高。

二、 DC-DC 升壓電路

DC-DC 升壓電路主要是增加電源的電壓，例如：升壓轉換器可以采用 5V 電源并將其升壓至 25V。通常，你會(huì )在電池充電器或太陽(yáng)能電池板中找到 DC-DC 升壓轉換器。它們還可用于從同一電池為具有不同工作電壓的組件供電。

這種配置將直流電壓升高到由電路中組件選擇決定的水平。這是升壓轉換器的一般示意圖。

1、升壓開(kāi)關(guān)打開(kāi)狀態(tài)

升壓開(kāi)關(guān) ON 狀態(tài)

2、升壓開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)

升壓開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)

基本配置包括直流電源（Vin）、電感（L）、二極管（D）、開(kāi)關(guān)器件（SW）、平滑電容（C）和負載電阻（Load），Vout 是輸出電壓。

開(kāi)關(guān)通常是功率電子器件，例如由 PWM 信號控制的 MOSFET或BJT 晶體管。該 PWM 信號通過(guò)非?？焖俚厍袚Q晶體管來(lái)工作，通常每秒數千次。

三、DC-DC 升壓電路工作原理

假設當前的電壓是 5V，需要將 5V 轉換為更高的電壓值，用 DC-DC 升壓電路就可以實(shí)現，這里假設我們是管道工。

1、渦輪加速

首先我們需要加速渦輪。為此，節氣門(mén)打開(kāi)，水快速排放，將部分能量傳遞給渦輪機，結果渦輪機開(kāi)始旋轉。

DC-DC 升壓電路工作原理

2、填充壓力儲罐

油門(mén)關(guān)閉，由旋轉的渦輪飛輪半部推動(dòng)的一部分水打開(kāi)閥門(mén)并填充儲水箱，另一部分水在儲水箱提供的高壓下流向消費者，同時(shí)閥門(mén)防止水倒流。

DC-DC 升壓電路工作原理

3、從壓力儲罐發(fā)電并加速渦輪機

渦輪的速度開(kāi)始下降。水不能再推動(dòng)閥門(mén)，儲水箱仍有足夠的能量積累。然后油門(mén)再次打開(kāi)，水開(kāi)始快速旋轉渦輪。由于消費者從儲罐接收能量，因此流向消費者的能量不會(huì )停止，然后循環(huán)重復。

現在工作原理已經(jīng)很清楚了，我們將從管道設備切換到電子設備。

DC-DC 升壓電路工作原理

我們用感應節流閥代替了渦輪機。晶體管用于代替控制水流的節流閥。二極管起閥門(mén)作用，用電代替儲壓罐。

下面就可以很好的理解，DC-DC 升壓電路的工作原理。

1、電感累積電荷

開(kāi)關(guān)已關(guān)閉，電感通過(guò)從源接收電流來(lái)積累能量。

DC-DC 升壓電路工作原理

2、將能量轉移到電容

開(kāi)關(guān)打開(kāi)，線(xiàn)圈保持磁場(chǎng)中積累的能量。電流試圖保持在同一水平，但來(lái)自電感的額外能量會(huì )提高電壓，從而打開(kāi)通過(guò)二極管的路徑。一部分能量流向消費者，而剩余能量在電容器中積累。

DC-DC 升壓電路工作原理

3、在電感中積累能量并將電荷轉移給消耗的電路

然后開(kāi)關(guān)被鎖定，線(xiàn)圈再次開(kāi)始積累能量，同時(shí)，消耗的從電容接收能量。

DC-DC 升壓電路工作原理

四、如何構建 DC-DC 升壓電路

在下面中，構建一個(gè) 1.5V 至 5V DC-DC 升壓轉換器，

1、構建 DC-DC 升壓 電路所需要的組件：

• 1.5V 直流電源

• 180uH 電感一個(gè)

• 1個(gè)1N3491 二極管

• 1個(gè)33uF 電容

• 一個(gè) 150 Ω 電阻

• 一個(gè) MOSFET或JFET 開(kāi)關(guān)晶體管

• PWM 源，如Arduino Uno或555 定時(shí)器，可生成 50KHz、5V、75% 占空比

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2、DC-DC 升壓電路工作原理圖

DC-DC 升壓電路