昇圧回路の原理と設計を詳しく解説

ホームニュース今日のハイライト昇圧回路の原理と設計を詳しく解説

昇圧回路の原理と設計を詳しく解説

2022-03-30 224

昇圧回路はスイッチングDC昇圧回路で、出力電圧を入力電圧より高くすることができます。電子回路設計では一般的な回路設計手法です。この記事では、昇圧の基本原理と回路パラメータの設計について紹介します。

まず知っておく必要があるのは：

コンデンサは電圧変化を遮断し、高周波を通過させ、低周波を遮断し、ACを通過させ、DCを遮断します。

インダクタは電流の変化を遮断し、低周波を通過させ、高周波を遮断し、DCを通過させ、ACを遮断します。

図1 ブーストスイッチ昇圧回路の回路図

スイッチ (三極管または MOS 管) が長期間オフになっていると仮定すると、すべてのコンポーネントは理想的な状態にあり、コンデンサの電圧は入力電圧と等しくなります。

この回路は充電と放電の 2 つの部分に分けて説明します。

充電プロセス

充電中、スイッチは閉じられます (三極管がオンになります)。その等価回路は図 2 に示されています。スイッチ (三極管) はワイヤに置き換えられます。このとき、入力電圧はインダクタを流れます。ダイオードコンデンサがグランドに放電するのを防ぎます。入力が直流であるため、インダクタに流れる電流は、インダクタンスに関係する特定の比率で直線的に増加します。インダクタ電流が増加すると、一部のエネルギーがインダクタに蓄積されます。

排出工程

図に示すように、スイッチがオフ（三極管がオフ）のときの等価回路です。スイッチをオフ(三極管をオフ)にした場合、インダクタに流れる電流はインダクタの電流保持特性によりすぐには0にならず、充電終了時の値からゆっくりと0に変化します。。元の回路が切断されているため、インダクタは新しい回路を通じてのみ放電できます。つまり、インダクタはコンデンサの充電を開始し、コンデンサの両端の電圧が上昇します。この時点ではすでに入力電圧よりも高い電圧になっており、昇圧は終了します。そういえば、昇圧プロセスはインダクタのエネルギー伝達プロセスです。充電時には、インダクタはエネルギーを吸収し、放電時には、インダクタはエネルギーを放出します。静電容量が十分に大きければ、放電中に出力端子で連続電流を維持できます。このオンオフを繰り返すと、コンデンサの両端に入力電圧よりも高い電圧が得られます。

boost回路昇圧プロセス

ここにいくつかの補足があります。：

単三電圧が低い場合、フライバックブースト回路の電力と効率のボトルネックは、スイッチング管、整流管、およびその他の損失（インダクタンスを含む）にあります。磁石が小さすぎる（適切なエネルギーを蓄積できない）、ワイヤ径が細すぎる（パルス電流が大きいとワイヤ損失が大きくなる）インダクタは使用できません。ほとんどの整流器はショットキーを使用しますが、これは他のものと同じです。出力電圧が3.3Vの場合、整流損失は約10%となります。スイッチ、ここが鍵です。飽和するまで十分な量を投入し、導通電圧降下を小さくすることが成功の鍵です。全部で0.2ボルトしかないので、真空管が消耗しすぎると電気が出なくなります。最大電流を選択した場合、一部の真空管の電圧降下は 0.3 ～ XNUMX V を超えてはいけないため、XNUMX つの真空管だけでそれができない場合は、多数の真空管を並列接続することになります。最大電流はどれくらいですか? 単純であれば 1A と呼びましょうが、それ以上のものです。効率が低いため、平均値である1.5Aを超えてしまいます。電源半サイクル時は3Aで、実際の電流波形は0～6Aとなります。そこで、5Aと3AというXNUMX本のパイプを組み合わせてギリギリ対応することを提案します。既製のチップには上記の大電流管が統合されていないため、外部回路に対処するにはアース回路で十分であることが示唆されています。これらの補足内容は教科書には載っていない知識ですが、教科書の内容と比較・検証することができます。スイッチがオンになると、電源はインダクタスイッチチューブを介してループを形成し、電流はインダクタ内の磁気エネルギー蓄積に変換されます。スイッチがオフになると、インダクタの磁気エネルギーが電気エネルギーに変換され、インダクタ端では左が負、右が正の電圧が発生します。この電圧は電源の正極に重畳され、ダイオード負荷を介してループが形成され、昇圧機能が完成します。この場合、変換効率を高めるには、スイッチ管がオンになったときの回路のインピーダンスをできるだけ下げて、電気エネルギーを磁気エネルギーにできるだけ変換できるようにするという3つの側面から始める必要があります。 ; 負荷回路のインピーダンスを可能な限り下げ、磁気エネルギーを電気エネルギーにできるだけ変換し、回路の損失を最小限に抑えます。制御回路の消費は変換のための無駄であり、負荷のエネルギーに変換することができないため、制御回路の消費を可能な限り削減してください。

回路パラメータのBoostDesign

昇圧回路の場合、インダクタ電流の連続モードはインダクタ電流の不連続モードとは大きく異なります。不連続モードの出力電圧は、入力電圧、インダクタンス、負荷抵抗、デューティサイクル、およびスイッチング周波数に関係します。連続モードの出力電圧は、入力電圧とデューティサイクルのみに依存します。

出力フィルタコンデンサの選択

スイッチング電源における出力コンデンサの役割は、エネルギーを蓄えて一定の電圧を維持することです。昇圧回路のコンデンサの選択は、主に出力リップルを指定範囲内に制御することを目的としています。昇圧回路の場合、コンデンサのインピーダンスと出力電流によって出力電圧リップルが決まります。コンデンサのインピーダンスは、等価直列インダクタンス (ESL)、等価直列抵抗 (ESR)、および容量値 (C) の 3 つの部分で構成されます。インダクタ電流連続モードでは、容量は出力電流、スイッチング周波数、および予想される出力リップルに依存します。 MOSFET がオンになると、出力フィルタコンデンサが全負荷電流を供給します。

インダクタンス

スイッチング電源では、インダクタの役割はエネルギーを蓄えることです。インダクタの機能は、定電流を維持すること、またはインダクタ内の電流の変化を制限することです。昇圧回路では、通常、適切なインダクタンスを選択して、昇圧回路を流れるリップル電流を制限します。インダクタのリップル電流は、入力電圧と MOSFET のターンオン時間に比例し、インダクタンスに反比例します。インダクタンスは、連続モードと不連続モードの動作点を決定します。インダクタを選択するときは、インダクタのインダクタンスに加えて、最大 DC またはピーク電流、および最大動作周波数にも注意を払う必要があります。インダクタの電流が定格電流を超えるか、動作周波数が最大動作周波数を超えると、インダクタの飽和と過熱が発生します。

MOSFET

低電力 DC/DC 変換では、PowerMOSFET が最も一般的に使用される電源スイッチです。 MOSFET のコストは比較的低く、動作周波数は比較的高いです。MOSFET は、主に導通損失とスイッチング損失を考慮して設計時に選択されます。MOSFET には、十分に低いオン抵抗 RDS(ON) と比較的低いゲート電荷 Qg が必要です。

この記事はネットワークから構成されています。，著作権の問題が関係する場合は、時間内にご連絡ください。

Slkorがまたもや快挙を達成！TikTokで人気の科学動画の再生回数が1万回を突破しました。

総経理の宋世強は、トップセールスパーソンの林元芳と、Slkor第一営業部の龍虎チームに賞を授与した。