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直流升壓的方式有幾種?升壓原理是什麼?

如果是交流電,升降壓就很簡單,一個變壓器就夠了,但是對於一個直流電,實現升降壓就不是一個變壓器就能解決的了,當然用變壓器也不能直接對直流電起作用。但是直流電也有直流電的升壓方式,我總結了一下一共可以分為兩大類:一種是使用boost升壓電路(又稱直流斬波電路),另一種是採用DC(直流)-AC(交流)-DC的方式。


boost升壓電路

其實關於boost升壓電路的原理在之前的電路中給大家講述過,只不過上次是以視頻的形式講述,並演示了這個電路的使用效果,現在再把這個電路拿出來,再來看下這個電路的工作原理。

原理分析:如果不按開關,這裡的電感就相當於一根導線,電容C1和C2就相當於開路,只有這個二極體分擔了一部分電壓,使得輸出電壓就相當於電源電壓減去這個二極體的導通壓降(1N4007在0.5V左右),對於3.7V的鋰電池滿電電壓在4.2V左右,通過二極體降壓輸入大概是3.7V。

這裡不按開關電壓降低了,本來是要升壓,如果此時按下開關,那麼電感兩端會直接和電源兩端相連,使流過電感的電流增加,進而使電感存儲的能量增加。

當電感中的能量增加,此時鬆開開關,電感中的能量只有通過二極體釋放給電容,使得電容存儲的能量升高,進而升高輸出電壓(對於二極體兩端的電壓,二極體右面電壓幾乎保持不變,但是左面電壓幾乎接近於0,因此二極體截止)。在一定的頻率範圍內這個開關按下的速度越快電壓升的越高,這個電路是通過手動按開關來演示的,當然真正的電路中不是用手按,是用專門的電子開關來實現的。

boost升壓電路也不止今天我們說的這一種形式,但總體上原理都一樣,理解起來也比較容易,如果大家把這個原理掌握住,去分析其他形式的boost升壓電路也顯得得心應手了。


DC-AC-DC升壓方式

DC-AC-DC升壓的方式比boost電路要難一點,但是理解起來並不是很難,這個電路的核心就是怎麼把直流(DC)變成交流(AC),顯然這裡需要振蕩電路,但是振蕩電路的種類有很多,這也算是模電中的難點,要說起來又得好幾千字。

如果大學學過模電的朋友,我想這個知識點也是比較令人頭疼的地方吧!我打算在下一篇文章專門講述振蕩電路,把這個知識點給吃透,無論是面對考試、分析電路還是設計電路都

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有很大的好處。

原理分析:左面電源是一個直流電源,電阻R2、變壓器和三極體構成了一個振蕩器,這部分電路把直流電變成了交流電,後面的電路就是濾波穩壓了,和整流電路的後半部分電路很像。

當交流信號流過二極體1N4007(這裡認為二極體為理想二極體),由於二極體的單嚮導電性,只會留下電壓大於0的部分,再經過濾波電容C,會把電壓幅度比較大的波形變成比較平緩的波形。

R1和穩壓管構成穩壓電路,這在前面的文章中,也給大家詳細說過穩壓電路。在來回憶一下,在二極體的伏安特性曲線中有一個反向擊穿狀態,這個擊穿狀態的特點為在一定的電流範圍內,兩端電壓幾乎不變,表現出穩壓特性,而穩壓管就是利用這個反向擊穿狀態,來實現穩壓,但是輸出功率不是很大。


NE555直流升壓電路

除了上面說的那兩種形式可能大家會見到用NE555定時器做個直流升壓電路,其實這也可以說是DC-AC-DC形式的一種,這裡的振蕩電路用NE555代替了,也省了變壓器,簡化了電路,節約了成本,常見的電路形式如下:

原理分析:在這個電路中555定時器、R1和R2組成了無穩態多諧振蕩器,這裡的振蕩頻率是可以通過R1、R2和C1調節,頻率計算公式為f≈1/[0.693×(R1 2R2)×C1],通常C2的容量為0.01μF,電容C3和C4選擇的極性電容,容量可以大一些。

振蕩器產生的波形通過3口輸出,經過二極體濾波剩下電壓大於0的部分,通過濾波電容C4把波形變得更加平滑,在這個電路中沒加穩壓電路,為了使輸出波形更平滑,可以加上穩壓電路,簡單點加上穩壓管電路就可以,當然也可以使用集成塊三端穩壓器進行穩壓、串聯型穩壓電路和開關型穩壓電路,這三種電路的原理還有實現方式,在本專欄的第二節已經詳細介紹。

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