如何克服升壓轉換器的極限

本文將解釋升壓拓撲的固有局限性以及如何 來克服它們。在設計和評估升壓轉換器時，有時無法實現預期的輸出電壓。相反，它具有較低的值 比想要的。

介紹

升壓轉換器用于從低輸入產生高輸出電壓 電壓。這種電壓轉換可以通過開關輕松完成 具有升壓拓撲的穩壓器。但是，電壓增益有一個自然限制。這 電壓增益是輸出電壓與輸入電壓的比值。如果產生 24 V 電壓 從12 V開始，電壓增益為2。

例如，讓我們看一個電壓為300 V的工業應用 應從 24 V 電源電壓以 160 mA 輸出電流產生。

升壓轉換器的主要參數是占空比和電壓 獲得。占空比表示開關 S 在每個開關中導通的時間量 周期。電壓增益描述了輸出電壓超過的系數 輸入電壓。

為了產生高電壓，占空比增加到接近1的值，但永遠不會 達到 1。

通過選擇具有高最大占空比的升壓轉換器，似乎可以從低電源電壓產生高輸出電壓。但是，有 不止于此。除了占空比限制外，最大可能電壓 收益也必須考慮在內。

電壓增益描述了升壓的最大可能輸出電壓 轉換器相對于可用輸入電壓。升壓轉換器的這一限制可以通過以下方式思考：通過升壓，所有能量都轉移 從輸入側到輸出側必須首先臨時存儲。期間 準時（即當圖 1 中的開關 S 接通時）會暫時存儲能量 在電感中，L.此時，圖1中的二極管D阻斷了電流。

在關斷期間，暫時存儲的能量從電感中移除， L.電感的充電和放電都必須遵循以下規則： 電感。每種情況下的電流由電感決定 電感的值和電感兩端的相應電壓差。 電感兩端的電壓可以簡單地描述為V在期間 充電時間和電壓外減 V在在休息時間。

對于高電壓增益，關斷時間可能不夠長，無法從電感中回收臨時存儲的能量。因此，簡化 公式1中描述占空比的公式未說明這一點 限度。只能識別最大電壓增益的公式 如果還取電感器的直流電阻（DCR）和負載電阻 考慮。參見公式2：

R之間的比率L和 R負荷因此影響可能之間的比率 輸入和輸出電壓，從而增加升壓轉換器的電壓增益。這 電壓增益可以用圖表來說明。圖2顯示了24 V的示例 輸入電壓和 300 V 輸出電壓（160 mA），負載電阻為 1.8 kΩ 和電感器 RL（即 DCR）為 3 Ω。

圖2.當負載電阻是DCR的600倍（RL）的電感。

在本例中，圖2顯示可以實現 大約 12.5（使用公式 2 得出）。但是，如果負載電阻 降低（即輸出電流增加）或 DCR （RL） 的電感增加 — 即電感尺寸減小 — 它將不再 可以產生所需的電壓增益。

圖3顯示了負載電阻與電感電阻之比為300時的電壓增益曲線。在這里，RL6 Ω，負載電阻 選擇1.8 kΩ。

圖3.當負載電阻是電感DCR的300倍時，可能的電壓增益。

圖3顯示，本例中的最大電壓增益僅為9。因此， 無法將 24 V 的輸入電壓轉換為 300 V。選定的 DCR， 操作系統 SL，電感過高。

總之，具有升壓拓撲的電路設計必須始終包括 確定最大可能的電壓增益。有趣的是，這取決于負載電阻（即輸出電流）和 感應器。如果事實證明所需的電壓增益似乎是不可能的，則 可以選擇具有較低DCR的較大電感器。

審核編輯：郭婷