Detaillierte Erläuterung des Prinzips und des Aufbaus der Boost-Booster-Schaltung
Der Boost-Schaltkreis ist ein schaltender DC-Boost-Schaltkreis, der die Ausgangsspannung höher als die Eingangsspannung machen kann. Es handelt sich um eine gängige Schaltungsentwurfsmethode im elektronischen Schaltungsdesign. In diesem Artikel werden das Grundprinzip des Boosts und die Gestaltung der Schaltungsparameter vorgestellt.
Zuerst müssen wir wissen:
Kondensatoren blockieren Spannungsänderungen, lassen Hochfrequenz durch, blockieren Niederfrequenz, lassen Wechselstrom durch und blockieren Gleichstrom.；
Der Induktor blockiert die Stromänderung, lässt Niederfrequenz durch, blockiert Hochfrequenz, lässt Gleichstrom durch, blockiert Wechselstrom.；
Abbildung 1 schematisches Diagramm der Boost-Schalter-Boost-Schaltung
Unter der Annahme, dass der Schalter (Triode oder MOS-Röhre) längere Zeit ausgeschaltet war, sind alle Komponenten im Idealzustand und die Kondensatorspannung entspricht der Eingangsspannung.Diese Schaltung wird in zwei Teilen erklärt: Laden und Entladen.
Während des Ladevorgangs ist der Schalter geschlossen (die Triode ist eingeschaltet) und die entsprechende Schaltung ist in Abbildung 2 dargestellt. Der Schalter (die Triode) wird durch einen Draht ersetzt. Zu diesem Zeitpunkt fließt die Eingangsspannung durch die Induktivität. Verhindern Sie, dass sich der Diodenkondensator zur Erde entlädt. Da der Eingang Gleichstrom ist, steigt der Strom am Induktor linear in einem bestimmten Verhältnis an, das mit der Induktivität zusammenhängt. Wenn der Induktorstrom zunimmt, wird ein Teil der Energie im Induktor gespeichert.
Wie in der Abbildung gezeigt, ist dies die Ersatzschaltung, wenn der Schalter ausgeschaltet ist (Triode ist ausgeschaltet). Wenn der Schalter ausgeschaltet ist (die Triode ausgeschaltet ist), wird der durch die Induktivität fließende Strom nicht sofort 0, sondern ändert sich aufgrund der Stromhalteeigenschaften der Induktivität langsam vom Wert am Ende des Ladevorgangs auf 0 . Der ursprüngliche Stromkreis wurde getrennt, sodass der Induktor nur über den neuen Stromkreis entladen werden kann, d. h. der Induktor beginnt, den Kondensator aufzuladen, und die Spannung am Kondensator steigt an. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung bereits höher als die Eingangsspannung und der Boost ist beendet.Apropos: Der Boosting-Prozess ist ein Energieübertragungsprozess eines Induktors. Beim Laden nimmt der Induktor Energie auf, beim Entladen gibt der Induktor Energie ab. Wenn die Kapazität groß genug ist, kann während der Entladung ein kontinuierlicher Strom am Ausgangsanschluss aufrechterhalten werden. Wenn dieser Ein-Aus-Vorgang wiederholt wird, kann am Kondensator eine Spannung erhalten werden, die höher als die Eingangsspannung ist.
boostCircuit-Boosting-Prozess
Hier sind einige Ergänzungen:Bei niedriger AA-Spannung liegt der Engpass in Bezug auf Leistung und Effizienz der Flyback-Boost-Schaltung in der Schaltröhre, der Gleichrichterröhre und anderen Verlusten (einschließlich Induktivität).Induktoren mit zu kleinen Magneten (die nicht in der Lage sind, die richtige Energie zu speichern) und einem zu dünnen Drahtdurchmesser (hoher Impulsstrom führt zu großen Drahtverlusten) können nicht verwendet werden.Die meisten Gleichrichter verwenden Schottky, was wie alle anderen auch ist. Bei einer Ausgangsspannung von 3.3 V beträgt der Gleichrichterverlust etwa 10 %.Der Schlüssel zum Schalter liegt darin, eine große Menge in die Sättigung zu bringen, der Spannungsabfall durch die Leitung muss gering sein, das ist der Schlüssel zum Erfolg. Insgesamt gibt es nur ein Volt, und wenn die Röhren zu stark verbraucht werden, kommt kein Strom mehr heraus. Da der Spannungsabfall einiger Röhren bei Auswahl des maximalen Stroms 0.2–0.3 V nicht überschreiten sollte, werden viele Röhren parallel geschaltet, wenn nur eine Röhre dies nicht kann.Was ist der maximale Strom? Nennen wir es 1A, wenn es einfach ist, aber es ist mehr als das. Aufgrund des geringen Wirkungsgrades wird der Durchschnittswert 1.5 A überschreiten. Während der Halbzyklus-Stromversorgung beträgt sie 3 A und die tatsächliche Stromwellenform beträgt 0 bis 6 A. Daher wird empfohlen, zwei Rohre mit der Bezeichnung 5A und 3A zu kombinieren, um kaum zu bewältigen.Keiner der vorgefertigten Chips ist in die oben genannten Hochstromröhren integriert, daher wird davon ausgegangen, dass der Erdungskreis ausreicht, um den Fremdkreis zu bewältigen.Bei diesen ergänzenden Inhalten handelt es sich um Kenntnisse, die im Lehrbuch nicht vorhanden sind, die jedoch mit den Inhalten im Lehrbuch verglichen und überprüft werden können.Wenn der Schalter eingeschaltet wird, bildet die Stromversorgung eine Schleife durch das Induktor-Schaltrohr und der Strom wird im Induktor in einen magnetischen Energiespeicher umgewandelt. Wenn der Schalter ausgeschaltet wird, wird die magnetische Energie in der Induktivität in elektrische Energie umgewandelt, die am Ende der Induktivität links negativ und rechts positiv ist. Diese Spannung wird dem positiven Ende der Stromversorgung überlagert, und durch die Diodenlast wird eine Schleife gebildet, um die Boost-Funktion zu vervollständigen. In diesem Fall sollten wir zur Verbesserung der Umwandlungseffizienz von drei Aspekten ausgehen: Die Impedanz des Stromkreises beim Einschalten der Schaltröhre so weit wie möglich reduzieren, damit die elektrische Energie so weit wie möglich in magnetische Energie umgewandelt werden kann ; Reduzieren Sie die Impedanz des Lastkreises so weit wie möglich, damit die magnetische Energie so weit wie möglich in elektrische Energie umgewandelt werden kann und der Verlust des Stromkreises am geringsten ist. Reduzieren Sie den Verbrauch des Steuerkreises so weit wie möglich, da der Verbrauch des Steuerkreises gewissermaßen für die Umwandlung verschwendet wird und nicht in Energie am Verbraucher umgewandelt werden kann.BoostDesign von Schaltungsparametern
Bei der Boost-Schaltung unterscheidet sich der kontinuierliche Modus des Induktorstroms stark vom diskontinuierlichen Modus des Induktorstroms. Die Ausgangsspannung im diskontinuierlichen Modus hängt von der Eingangsspannung, der Induktivität, dem Lastwiderstand, dem Arbeitszyklus und der Schaltfrequenz ab. Die Ausgangsspannung im Dauerbetrieb hängt nur von der Eingangsspannung und dem Arbeitszyklus ab.
Auswahl des Ausgangsfilterkondensators
Bei Schaltnetzteilen besteht die Funktion des Ausgangskondensators darin, Energie zu speichern und eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.Die Kondensatorauswahl der Boost-Schaltung dient hauptsächlich dazu, die Ausgangswelligkeit innerhalb des angegebenen Bereichs zu steuern.Bei der Boost-Schaltung bestimmen die Impedanz des Kondensators und der Ausgangsstrom die Welligkeit der Ausgangsspannung.Die Impedanz des Kondensators besteht aus drei Teilen, nämlich der äquivalenten Serieninduktivität (ESL), dem äquivalenten Serienwiderstand (ESR) und dem Kapazitätswert (C).Im Induktorstrom-Dauermodus hängt die Kapazität vom Ausgangsstrom, der Schaltfrequenz und der erwarteten Ausgangswelligkeit ab. Wenn der MOSFET eingeschaltet ist, liefert der Ausgangsfilterkondensator den gesamten Laststrom.
Bei Schaltnetzteilen besteht die Funktion der Induktivität darin, Energie zu speichern.Die Funktion des Induktors besteht darin, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten oder die Stromänderung im Induktor zu begrenzen.In der Boost-Schaltung wird normalerweise die Wahl einer geeigneten Induktivität verwendet, um den durch sie fließenden Welligkeitsstrom zu begrenzen.Der Welligkeitsstrom der Induktivität ist proportional zur Eingangsspannung und zur Einschaltzeit des MOSFET und umgekehrt proportional zur Induktivität. Die Induktivität bestimmt den Arbeitspunkt im kontinuierlichen Modus und im diskontinuierlichen Modus.Bei der Auswahl des Induktors sollte neben der Induktivität des Induktors auch auf den maximalen Gleich- bzw. Spitzenstrom und die maximale Arbeitsfrequenz geachtet werden.Wenn der Strom des Induktors seinen Nennstrom überschreitet oder die Arbeitsfrequenz seine maximale Arbeitsfrequenz überschreitet, führt dies zur Sättigung und Überhitzung des Induktors.
Beim DC/DC-Wechsel mit geringer Leistung ist der PowerMOSFET der am häufigsten verwendete Leistungsschalter. Die Kosten für MOSFET sind relativ niedrig und die Betriebsfrequenz relativ hoch.Bei der Konstruktion von MOSFETs wird hauptsächlich der Leitungs- und Schaltverlust berücksichtigt.Der MOSFET muss einen ausreichend niedrigen Einschaltwiderstand RDS(ON) und eine relativ niedrige Gate-Ladung Qg aufweisen.
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