升压式变换器的工作原理是什么？
升压式dc/dc变换器，简称升压式变换器，英文为boostconverter，也称boost变换器，也是常用的dc/dc变换器之一。升压式变换器能将较低的直流电压变换成较高的直流电压，例如将1.5v或3.7v电压变换成12v或5v电压。降压式变换器的损耗较小，效率较高，主要应用于由电池供电的便携式设备，例如智能手机、智能水表和煤气表等。
升压式dc/dc变换器的拓扑结构
升压式dc/dc变换器的拓扑结构如图2-2-1所示。图中u i 为直流输入电压，vt为功率开关管，vd为续流二极管（也称升压二极管），l为储能电感（也称升压电感），c为输出滤波电容，u o 为直流输出电压，r l 为外部负载电阻。脉宽调制器（pwm）用来控制功率开关管vt的导通与关断，是变换器的控制核心。
图2-2-1 升压式dc/dc变换器的拓扑结构
升压式dc/dc变换器的工作原理
升压式dc/dc变换器的功率开关管vt在脉宽调制（pwm）信号的控制下，交替地导通与关断（也称截止），相当于一个机械开关高速地闭合与断开，其工作原理如图2-2-2所示。图2-2-2（a）和图2-2-2（b）分别示出了vt导通和关断时的电流路径，为了便于电路分析，图中用开关s的闭合与断开来代替vt的导通和关断。
当vt导通（即s闭合）时，如图2-2-2（a）所示，输入电压u i 直接加到储能电感l的两端，续流二极管vd截止。因为l上施加了u i 的电压，使其电流i l 线性地增加，电感储存的能量也在增加，电感的感应电动势为左“+”右“-”。在此期间，输入电流（即电感电流i l ）提供的能量以磁场能量的形式存储在储能电感l中。同时滤波电容c放电为负载r l 提供电流i o ，电容c的放电电流i 1 与负载电流i o 相等。
图2-2-2 升压式dc/dc变换器的工作原理
当vt关断（即s断开）时，如图2-2-2（b）所示，由于电感电流不能发生突变，因此在l上就产生左“-”右“+”的感应电压，以维持通过电感的电流i l 不变。此时续流二极管vd导通，l上的感应电动势与u i 串联，储存在l中的磁场能量转化为电能，以超过u i 的电压向负载提供电流，并对输出滤波电容c进行充电。电感电流i l 为电容充电电流i 2 和负载电流i o 的总和。
小贴示
升压式变换器是在功率开关管关断时向负载传输能量，属于反激型变换器。
升压式dc/dc变换器的电压及电流波形如图2-2-3所示。pwm表示脉宽调制波形，t on 为功率开关管vt的导通时间，t off 为功率开关管vt的关断时间。t为开关周期。u c 为功率开关管vt的集电极电压波形。i c 为vt的集电极电流波形。i f 为升压二极管vd的电流波形，i l 为电感电流波形。可以看出，功率开关管vt导通时，其集电极电压u c 为零；在vt关断时，其集电极电压u c 等于输出电压u o 。在功率开关管vt导通期间，电感电流线性增加；在vt关断期间，电感电流线性减小。电感电流i l 是由vt的集电极电流i c 和升压二极管vd的电流i f 叠加形成的。
图2-2-3
升压式dc/dc变换器具有以下特点。
① 输出电压u o 》u i ，故称之为升压式变换器。u o 与u i 的关系为u o =u i /（1-d），通过控制占空比d的大小就能改变输出电压。
② 输出电压u o 与输入电压u i 的极性相同。
③ 功率开关管vt承受的最大电压u ce =u o 。
④ 功率开关管vt的集电极最大电流i c =i o /（1-d）。
⑤ 升压二极管vd的平均电流i f =i o 。
⑥ 升压二极管vd承受的反向电压u r =u o 。
升压式dc/dc变换器的集成电路产品有lm2577、max1599和lt3467等。
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图2-2-1 升压式dc/dc变换器的拓扑结构
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图2-2-3
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③ 功率开关管vt承受的最大电压u ce =u o 。
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