本文就是通過分析一簡(jiǎn)單的DC-DC升壓電路，來綜合了解電阻、電容、電感、二極管到底是怎么工作的，它們之間又是如何組合在一起相互影響相互作用，實(shí)現(xiàn)了升壓的功能，看完之后或許會(huì)發(fā)現(xiàn)，元器件好神奇，不同的組合形成不同的“招式”，造成電路千變?nèi)f化。圖1為簡(jiǎn)單的DC-DC升壓電路圖。

 

 

圖1：簡(jiǎn)單DC-DC升壓電路圖

 

在分析電感L在這個(gè)電路中的作用之前，我們先來看看這個(gè)電路的一個(gè)關(guān)鍵控制器件S，S是一個(gè)開關(guān)器件，在實(shí)際電路中由晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹绷鬏敵鲭妷篤o的平均電壓與開關(guān)S的導(dǎo)通和截止時(shí)間有密切的關(guān)系，所以這里就圍繞S器件導(dǎo)通和截止來分析此電路。

 

當(dāng)S從截止到導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時(shí)，電路可以分成兩個(gè)部分，如圖2所示，每個(gè)部分都是一個(gè)獨(dú)立的閉合回路，能夠達(dá)到這種效果完全歸功于電路中的二極管D。左邊的回路包含了直流輸入電壓源Vi，右邊的回路包含了一個(gè)電容C和一個(gè)電阻R，中間虛線部分在開關(guān)S閉合的狀態(tài)下可以看成開路，由于這個(gè)時(shí)候右邊RC回路還沒有從左邊回路獲取能量，所以RC回路不存在電流，故此時(shí)直流輸出電壓Vo為零。

 

 

圖2：開關(guān)S閉合時(shí)電路狀態(tài)

 

大家是否還記得電感有阻止電流變化的特性？下面對(duì)圖2的分析將用到電感的這個(gè)特性。在開關(guān)閉合的那一瞬間，左邊回路中的電流是由無到有變化的，也就是說電流變化的趨勢(shì)是順時(shí)針增大。電感會(huì)阻止這種變化的趨勢(shì)，電感內(nèi)部會(huì)瞬間產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針的電流，阻止了順時(shí)針電流的增大，但是電感只能阻止卻改變不了變化的趨勢(shì)，最后左邊回路中存在一個(gè)穩(wěn)定的順時(shí)針方向電流，如圖2左邊回路的箭頭所示。

 

當(dāng)S從導(dǎo)通到截止轉(zhuǎn)換時(shí)，電路左邊的直流電壓源被斷開，整個(gè)電路由電感L、二極管D、電容C和電阻R組成，如圖3所示，輸入直流電壓源Vi由于開關(guān)S的截止被斷開。原先包括電感和Vi的回路中，順時(shí)針的電流由于失去電源有急劇下降的趨勢(shì)，因?yàn)殡姼杏凶柚闺娏髯兓奶匦裕m然失去了電源，但在電感內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和原先順時(shí)針電流大小相等、方向相反的電流。來阻止該回路中電流的急劇下降。

 

 

圖3：開關(guān)S截止時(shí)電路狀態(tài)

 

我們可以發(fā)現(xiàn)在這個(gè)從導(dǎo)通到截止的過程中，電感其實(shí)扮演了一個(gè)儲(chǔ)能的角色，在開關(guān)S的控制下把Vi的能量從圖2中左邊的回路傳給右邊的RC回路，那么此時(shí)RC回路在這個(gè)時(shí)候又會(huì)發(fā)生什么變化呢？這個(gè)時(shí)候，電感的能量逐漸轉(zhuǎn)移到電容上，所以電容C兩端出現(xiàn)了電壓差，RC回路中就產(chǎn)生了電流，這個(gè)電流流過電阻，產(chǎn)生了直流輸出電壓Vo。

 

但是這個(gè)時(shí)候Vo和Vi大小相等方向相反，還沒有達(dá)到最終的目的--升高電壓。此時(shí)有些大伙可能就問：為什么到這階段還沒有實(shí)現(xiàn)升高電壓呢？前面曾經(jīng)提到過直流輸出電壓Vo的平均電壓與開關(guān)S的導(dǎo)通和截止時(shí)間有密切的關(guān)系，我們?cè)俳又治鱿氯ィ纯串?dāng)開關(guān)S再次閉合的時(shí)候電路的狀態(tài)，如圖4所示。

 

 

圖4：開關(guān)S再次閉合時(shí)電路狀態(tài)

 

因?yàn)殡娙輧?chǔ)存了能量而且又有阻止電壓變化的特性，所以這個(gè)時(shí)候右邊的RC回路中產(chǎn)生了電流，而直流輸出電壓Vo和Vi保持大小相等方向相反。左邊的回路此時(shí)又是什么情況呢？電感繼續(xù)從電源Vi獲得能量，等待開關(guān)S下一次的截止。

 

可以想象一下，左邊的回路中電感在獲得能量，右邊的回路中電容在釋放能量，而且電感獲得能量比電容釋放能量的速度快，開關(guān)S在電感獲得能量后馬上截止，這個(gè)時(shí)候電容第二次充電，此次充電結(jié)束后電容上將產(chǎn)生比Vi大的電壓。如此反復(fù)，隨著開關(guān)S的循環(huán)快速導(dǎo)通、截止，就可以得到比Vi大的直流輸出電壓Vo。