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电感如何能做升压?

文章出处:   责任编辑:杨海英   作者:   发布时间:2018-07-21 10:01:18    点击数:-   【

很多对电源感兴趣的系统工程师都知道多数升压电路里都有电感。电感是怎么做到能把电压升上去的呢?金籁科技今天就来解答下这个问题。

这里面用到了电感的两个重要特性:电感电流不能跃变;以及电感会产生感应电压以阻止电流变化。我们先熟悉一下电感的这两个重要特性吧。

电感电流不能跃变。也就是说当你用一个电感来把电源短到地,这个短路电流不会从0跃变到最大值I,而是以一定斜率连续变大的,如下图一。这个斜率与电感值有关,电感值越大,这个斜率越缓;电感值越小,这个斜率越陡。极端情况,电感值为0,就相当于导线,那电流就直接跃变到最大值了。

电感的另一个重要特性:电感电流变化产生感应电压,从而阻止电流的变化。这一关系用数学式子表示就是

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比如图一中S1闭合,电流i从0要变到最大值,di/dt为正,因此uL极性与图中一致;当S1断开,电流从最大值I要降到0,di/dt为负,uL极性就会与图中标出的极性相反,形成反向电压,阻止电感电流减小。

了解了电感这两个重要特性后,我们来看看聪明的人类是怎么用电感来升压的吧。图二是Boost升压电路的典型架构,当S1导通S2断开(即图二所示(1)阶段)时,相当于用电感将输入源VIN短路,电感电流就会以固定斜率增长,此时电感就在蓄能了。直到S2导通S1断开(即图二所示(2)阶段),由于电感电流不会跳变,电感电流继续沿原来的电流方向流动,同时由于闭环路径中阻抗增加(此时闭环电路中有了输出电容C),电感电流势必减小。而电感要阻止其电流减小,会产生反向电动势VL。这个反向电动势也正是电感将电压抬升的部分。此时输出电容C上的电压VOUT就是等于电感上的反向电动势VL加上VIN。因此输出电压也就比输入高了,实现了升压。(在S2断开期间即(1)阶段,VOUT的电压是靠电容上充好的抬升电压来维持的)。

在实际应用中,自动控制的引入是必须的,Boost芯片负责从输出采样,根据这个采样反馈来控制功率开关管Q1的通断(如图三(a))或Q1、Q2的通断(如图三(b)),实现升压。

电感型升压电路广泛应用于各种要求电压高于输入电压的场景,比如各种LED背光驱动、闪光驱动等。

图五是目前广泛用于智能手机中的闪光驱动方案。闪光驱动是Ti公司的LM3646。其中用到了Boost给输出闪光灯提供电压,同时集成了电流源来控制闪光LED灯的亮度。其LED的电流大小又可以通过I2C数字接口来控制。

最近新出现的高压射频功放(PA)也采用电感型升压电路来供电,以优化PA性能,可谓是电感升压电路在射频领域的新应用了。

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