升压电路原理分析-DC/DC升压电路原理及工作方式详解

升压电路简介

升压电路原理是本文的重点，我们先来了解什么是升压电路。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。

升压电路原理

升压电路原理如下：举个简单的例子：有一个12V的电路，电路中有一个场效应管需要15V的驱动电压，这个电压怎么弄出来？就是用自举。通常用一个电容和一个二极管，电容存储电荷，二极管防止电流倒灌，频率较高的时候，自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压，起到升压的作用。

自举电路只是在实践中定的名称，在理论上没有这个概念。自举电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半，但在实际的测试中，输出电压远达不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压。所以采用自举电路来升压。

常用自举电路（摘自fairchild，使用说明书AN-6076《供高电压栅极驱动器IC 使用的自举电路的设计和使用准则》），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。基本电路图见图1.

升压电路原理

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。

升压电路原理

（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。

升压电路原理

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。

升压电路原理

常用升压电路

1、P沟道高端栅极驱动器

直接式驱动器：适用于最大输入电压小于器件的栅- 源极击穿电压。

开放式收集器：方法简单，但是不适用于直接驱动高速电路中的MOSFET。

电平转换驱动器：适用于高速应用，能够与常见PWM 控制器无缝式工作。

2、N沟道高端栅极驱动器

直接式驱动器：MOSFET最简单的高端应用，由PWM 控制器或以地为基准的驱动器直接驱动，但它必须满足下面两个条件：

1、VCC<Vgs,max

2、Vdc<VCC-Vgs,miller

浮动电源栅极驱动器:独立电源的成本影响是很显著的。光耦合器相对昂贵，而且带宽有限，对噪声敏感。

变压器耦合式驱动器:在不确定的周期内充分控制栅极，但在某种程度上，限制了开关性能。但是，这是可以改善的，只是电路更复杂了。

电荷泵驱动器:对于开关应用，导通时间往往很长。由于电压倍增电路的效率低，可能需要更多低电压级泵。

自举式驱动器:简单，廉价，也有局限；例如，占空比和导通时间都受到刷新自举电容的限制。

DC/DC 升压电路原理

升压式DC/DC变换器主要用于输出电流较小的场合，只要采用1~2节电池便可获得3~12V工作电压，工作电流可达几十毫安至几百毫安，其转换效率可达70%-80%。

升压式DC/DC变换器的基本工作原理如图所示。电路中的VT为开关管，当脉冲振荡器对双稳态电路置位(即Q端为1)时，VT导通，电感VT中流过电流并储存能量，直到电感电流在RS上的压降等于比较器设定的闽值电压时，双稳态电路复位，即Q端为0。

此时VT截止，电感LT中储存的能量通过一极管VD1供给负载，同时对C进行充电。当负载电压要跌落时，电容C放电，这时输出端可获得高于输大端的稳定电压。输出的电压由分压器R1和R2分压后输入误差放大器，并与基准电压一起去控制脉冲宽度，由此而获得所需要的电压，即V0=VR*(R1/R2+1)式中:VR——基准电压。

降压式DC/DC变换器的输出电流较大，多为数百毫安至几安，因此适用于输出电流较大的场合。降压式DC/DC变换器基本工作原理电路如图所示。VT1为开关管，当VT1导通时，输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电，与此同时也向电容C2充电。

在这个过程中，电容C2及电感L1中储存能量。当VT1截止时，由储存在电感L1中的能量继续向RL供电，当输出电压要下降时，电容C2中的能量也向RL放电，维持输出电压不变。二极管VD1为续流二极管，以便构成电路回路。输出的电压Vo经R1和R2组成的分压器分压，把输出电压的信号反馈至控制电路，由控制电路来控制开关管的导通及截止时间，使输出电压保持不变。

升压电路原理