2019-11-06 12:26:12 佚名

用户9628771768471

功率电感在DC/DC的升压电路和降压电路中都是必不可少的，由于DC/DC类开关电源IC都是采用PWM控制的，电感在电路中起到充放电作用来实现IC的功能。升压电路和降压电路的原理类似，只是电感、功率开关以及二极管的位置不一样，下面介绍功率电感在升压电路中的作用。

1 电感的充电过程

电感是储能元器件，在升压电路中起着储能作用，具有充电和放电两个过程。其充电过程如下所示。

此时PWM控制MOS管处于导通状态，所以电感的右侧和GND是导通的，低压端的电流由正极经过电感和功率开关回到GND，电感储能。

这时候二极管是截止的，输出电容之前所储存的电能给负载供电。

2 电感的放电过程

PWM信号控制MOS管处于关断状态，这时候电感开始放电，由于流过电感的电流不能发生突变，所以电感的放电过程是缓慢的，输入电压和电感所产生的电压叠加通过二极管给输出电容充电，并给负载供电。电容输出端就是升高后的电压。

开关电源中有一个非常重要的概念，就是开关频率，比如常见的180KHz和400KHz，这就是指PWM的频率，或者说是MOS管的开关频率，频率越高输出电压的波形也平滑、纹波越小，但是对开关管的相应速度也就要求越高。

3 DC/DC降压电路的拓扑结构

降压电流的拓扑结构中，主要是MOS管、二极管以及电感的位置不通，电压也是起到充放电作用。

用过DC/DC升压IC和降压IC的朋友都知道，IC的外设电路基本一致，主要由电感、二极管以及电容构成。

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功率电感在电感式DC-DC升压电路中起到至关重要的作用

我们经常在DC-DC升压电路中看到功率电感的身影，其实DC-DC升压电路有电感式升压和电容式升压两种。在电感式的升电压电路中，功率电感是必不可少的；在电容式升压电路中是不需要功率电感的参与的。

电感在电感式DC-DC升压电路中起什么作用？

要把电压升高，需要把能量聚集起来，再集中推升。电感可以把电能转化为磁场存储起来，电感中的磁场也可以转化为电能。

在下图的等效电路中，SW1闭合前，VCC通过二极管D1对后端电路的C2充电，前端和后端的电压基本一致，此时，SW1闭合，电感相关于对地短路，通过电感的电流是急剧增加，同时电感会把电能转化为磁场存起来。

此时，再把SW1断开，电感中的磁场会转化回电能，通过二极管D1释放大量电能给后端电路，对后端电路的电容C2进行再次充电。经过多次快速的开关，就可以把后端的电压升高了。

电感式DC-DC升压芯片原理

当我们知道了电感式DC-DC升压的原理后，就可以设计出用于升压的芯片了。其实DC-DC升压芯片就是一个PWM控制器，它可以控制MOS管的高速开关，同时它可以根据后端电路反馈回来的电压自动调整PWM的开关速度和占空比，使后端电路稳定为需要电压值。

除了功率电感，肖特基二极管也是关键的元件，肖特基二极管有着较高开关速度，所以在DC-DC升压电路中必须使用肖特基二极管。LM2577是常见的电感式DC-DC升压芯片，外围只需要电感，肖特基二极管，几个电阻和电容，就可以得到需要的电压值。

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DC-DC升压电路一般都是靠电路中升压电感不停的充放电来实现升压的，这个电感非常重要，其性能优劣会影响到升压电路的效率及最大输出电流。下面我们来详细介绍一下DC-DC升压电路中的电感是如何实现升压的。

▲ DC-DC升压电路的工作原理

上图为DC-DC升压电路的基本工作原理。L1即为升压电感，M1为功率MOS管（亦可以使用双极型三极管），其工作于开关状态，通过前级振荡电路输出的矩形波信号来控制其导通与截止。假设M1的栅极为高电平，则管子导通，此时输入端的直流电源通过M1的漏源两极给L1充电蓄能；当M1的栅极为低电平时，管子截止，此时L1两端将产生一个数倍于Vin的感生电压，该电压与Vin电压叠加后，通过二极管D1对电容C2充电，这样在C2两端输出的便是升高后的电压。可见，DC-DC升压电路若没有这个电感，将无法实现升压作用，这就是DC-DC升压电路中电感的作用。

▲ LM2577升压IC构成的升压电路

现在很多DC-DC升压IC的升压原理跟图1电路类似，只不过这类IC将振荡电路及输出级的功率管都集成在了IC内部，使用时，只要在升压IC的外围接上升压电感及整流管、滤波电容即可工作。譬如，上图所示的LM2577构成的DC-DC升压电路只需外接一个100μH的升压电感及少量的阻容元件，即可实现升压，并且其输出电压还可以通过电阻R1或R2来设定。

▲ 环形功率电感