2019-11-06 12:26:12 佚名

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功率電感在DC/DC的升壓電路和降壓電路中都是必不可少的，由於DC/DC類開關電源IC都是採用PWM控制的，電感在電路中起到充放電作用來實現IC的功能。升壓電路和降壓電路的原理類似，只是電感、功率開關以及二極管的位置不一樣，下面介紹功率電感在升壓電路中的作用。

1 電感的充電過程

電感是儲能元器件，在升壓電路中起著儲能作用，具有充電和放電兩個過程。其充電過程如下所示。

此時PWM控制MOS管處於導通狀態，所以電感的右側和GND是導通的，低壓端的電流由正極經過電感和功率開關回到GND，電感儲能。

這時候二極管是截止的，輸出電容之前所儲存的電能給負載供電。

2 電感的放電過程

PWM信號控制MOS管處於關斷狀態，這時候電感開始放電，由於流過電感的電流不能發生突變，所以電感的放電過程是緩慢的，輸入電壓和電感所產生的電壓疊加通過二極管給輸出電容充電，並給負載供電。電容輸出端就是升高後的電壓。

開關電源中有一個非常重要的概念，就是開關頻率，比如常見的180KHz和400KHz，這就是指PWM的頻率，或者說是MOS管的開關頻率，頻率越高輸出電壓的波形也平滑、紋波越小，但是對開關管的相應速度也就要求越高。

3 DC/DC降壓電路的拓撲結構

降壓電流的拓撲結構中，主要是MOS管、二極管以及電感的位置不通，電壓也是起到充放電作用。

用過DC/DC升壓IC和降壓IC的朋友都知道，IC的外設電路基本一致，主要由電感、二極管以及電容構成。

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功率電感在電感式DC-DC升壓電路中起到至關重要的作用

我們經常在DC-DC升壓電路中看到功率電感的身影，其實DC-DC升壓電路有電感式升壓和電容式升壓兩種。在電感式的升電壓電路中，功率電感是必不可少的；在電容式升壓電路中是不需要功率電感的參與的。

電感在電感式DC-DC升壓電路中起什麼作用？

要把電壓升高，需要把能量聚集起來，再集中推升。電感可以把電能轉化為磁場存儲起來，電感中的磁場也可以轉化為電能。

在下圖的等效電路中，SW1閉合前，VCC通過二極管D1對後端電路的C2充電，前端和後端的電壓基本一致，此時，SW1閉合，電感相關於對地短路，通過電感的電流是急劇增加，同時電感會把電能轉化為磁場存起來。

此時，再把SW1斷開，電感中的磁場會轉化回電能，通過二極管D1釋放大量電能給後端電路，對後端電路的電容C2進行再次充電。經過多次快速的開關，就可以把後端的電壓升高了。

電感式DC-DC升壓芯片原理

當我們知道了電感式DC-DC升壓的原理後，就可以設計出用於升壓的芯片了。其實DC-DC升壓芯片就是一個PWM控制器，它可以控制MOS管的高速開關，同時它可以根據後端電路反饋回來的電壓自動調整PWM的開關速度和佔空比，使後端電路穩定為需要電壓值。

除了功率電感，肖特基二極管也是關鍵的元件，肖特基二極管有著較高開關速度，所以在DC-DC升壓電路中必須使用肖特基二極管。LM2577是常見的電感式DC-DC升壓芯片，外圍只需要電感，肖特基二極管，幾個電阻和電容，就可以得到需要的電壓值。

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DC-DC升壓電路一般都是靠電路中升壓電感不停的充放電來實現升壓的，這個電感非常重要，其性能優劣會影響到升壓電路的效率及最大輸出電流。下面我們來詳細介紹一下DC-DC升壓電路中的電感是如何實現升壓的。

▲ DC-DC升壓電路的工作原理

上圖為DC-DC升壓電路的基本工作原理。L1即為升壓電感，M1為功率MOS管（亦可以使用雙極型三極管），其工作於開關狀態，通過前級振盪電路輸出的矩形波信號來控制其導通與截止。假設M1的柵極為高電平，則管子導通，此時輸入端的直流電源通過M1的漏源兩極給L1充電蓄能；當M1的柵極為低電平時，管子截止，此時L1兩端將產生一個數倍於Vin的感生電壓，該電壓與Vin電壓疊加後，通過二極管D1對電容C2充電，這樣在C2兩端輸出的便是升高後的電壓。可見，DC-DC升壓電路若沒有這個電感，將無法實現升壓作用，這就是DC-DC升壓電路中電感的作用。

▲ LM2577升壓IC構成的升壓電路

現在很多DC-DC升壓IC的升壓原理跟圖1電路類似，只不過這類IC將振盪電路及輸出級的功率管都集成在了IC內部，使用時，只要在升壓IC的外圍接上升壓電感及整流管、濾波電容即可工作。譬如，上圖所示的LM2577構成的DC-DC升壓電路只需外接一個100μH的升壓電感及少量的阻容元件，即可實現升壓，並且其輸出電壓還可以通過電阻R1或R2來設定。

▲ 環形功率電感