原创 扫盲帖：电感式DC-DC升压器原理

这不是什么高手大作,只是个扫盲帖,适用于不了解电感特性,却又对升器器感兴趣的同志们.高手免入.不知道要发这个贴子到哪个版块,版主们帮忙处理下.
为了节省篇幅,很多原理性的知识我点到为止,以空间换时间,有兴趣深入了解的可以查阅相关资料和提问.

废话不多直,我直接开始了.要了解电感式升压/降压的原理(我今天只讲升压),首先必须要了解电感的一些特性:电磁转换与磁储能.其它所有参数都是由这两个特性引出来的.


先看看下面的图:


电感回路通电瞬间 (原文件名:1.JPG)

相信有初中文化是坛友们都知道,一个电池对一个线圈通电,这是个电磁铁.不论你是否科盲,你一定会奇怪,这有什么值得分析的呢?有!我们要分析它通电和断电的瞬间发生了什么.

线圈(以后叫作"电感"了)有一个特性---电磁转换,电可以变成磁,磁也可以变回电.当通电瞬间,电会变为磁并以磁的形式储存在电感内.而断电瞬磁会变成电,从电感中释放出来.

现在我们看看下图,断电瞬间发生了什么:

断电瞬间 (原文件名:2.JPG)

前面我说过了,电感内的磁能会在电感断电时重新变回电,然而问题来了:此时回路已经断开,电流无处可以,磁如何能转换成电流呢?很简单,电感两端会出现高压!电压有多高呢?无穷高,直到击穿任何阻挡电流前进的介质为止.
这里我们了解了电感的第二个特性----升压特性.当回路断开时,电感内的能量会以无穷高电压的形式变换回电,电压能升多高,仅取决于介质变的击穿电压.



现在可以小结一下了:
下面是正压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的正电压.电压到底升到多高,取决于你在二极管的另一端接了什么东西让电流有处可去.如果什么也不接,电流就无处可去,于是电压会升到足够高,将开关击穿,能量以热的形式消耗掉.

正压发生器原理图 (原文件名:3.JPG)

下面是负压发生器,你不停地扳动开关,从输入处可以得到无穷高的负电压.

负压发生器原理图 (原文件名:4.JPG)


上面说的都是理论,现在来点实际的电子线路图,看看正/负压发生器的"最小系统"到底什么样子:

实际电子线路 (原文件名:5.JPG)
你可以很清楚看到演变,电路中仅仅把开关换成了三极管换而已.
不要小看这两个图,事实上,所以开关电源都是由这两个图组合变换而来,所以掌握这两个图非常重要.




最后要提提磁饱合的问题.什么是磁饱合?

从上面的背景知道我们可以知道电感能储存能量,将能量以磁场方式保存,但能存多少呢?存满之后会发生什么情况呢?

1.存多少: "最大磁通量"这个参数就是干这个用的,很显然,电感不能无限保存能量,它存储能量的数量由电压与时间的乘积决定,对于每个电感来说,这是一个常数,根据这个常数你可以算出一个电感要提供N伏M安供电时必须工作于多高的频率下.
2.存满之后会如何: 这就是磁饱合的问题.饱合之后,电感失去一切电感应有的特性,变成一纯电阻,并以热的形式消耗掉能量.