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[導讀]自舉電路也叫升壓電路,是利用自舉升壓二極管,自舉升壓電容等電子元件,使電容放電電壓和電源電壓疊加,從而使電壓升高,有的電路升高的電壓能達到數倍電源電壓。

自舉電路也叫升壓電路,是利用自舉升壓二極管,自舉升壓電容等電子元件,使電容放電電壓和電源電壓疊加,從而使電壓升高,有的電路升高的電壓能達到數倍電源電壓。

原理

舉個簡單的例子:有一個12V的電路,電路中有一個場效應管需要15V的驅動電壓,這個電壓怎么弄出來?就是用自舉。通常用一個電容和一個二極管,電容存儲電荷,二極管防止電流倒灌,頻率較高的時候,自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容上的電壓,起到升壓的作用。

自舉電路只是在實踐中定的名稱,在理論上沒有這個概念。自舉電路主要是在甲乙類單電源互補對稱電路中使用較為普遍。甲乙類單電源互補對稱電路在理論上可以使輸出電壓Vo達到Vcc的一半,但在實際的測試中,輸出電壓遠達不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一個高于Vcc的電壓。所以采用自舉電路來升壓。

常用自舉電路(摘自fairchild,使用說明書AN-6076《供高電壓柵極驅動器IC 使用的自舉電路的設計和使用準則》)

開關直流升壓電路(即所謂的boost或者step-up電路)原理

the boost converter,或者叫step-up converter,是一種開關直流升壓電路,它可以是輸出電壓比輸入電壓高?;倦娐穲D見圖1.

假定那個開關(三極管或者mos管)已經斷開了很長時間,所有的元件都處于理想狀態(tài),電容電壓等于輸入電壓。下面要分充電和放電兩個部分來說明這個電路。

在充電過程中,開關閉合(三極管導通),等效電路如圖二,開關(三極管)處用導線代替。這時,輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電,所以電感上的電流以一定的比率線性增加,這個比率跟電感大小有關。隨著電感電流增加,電感里儲存了一些能量。

如圖,這是當開關斷開(三極管截止)時的等效電路。當開關斷開(三極管截止)時,由于電感的電流 保持特性,流經電感的電流不會馬上變?yōu)?,而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開,于是電感只能通過新電路放電,即電感開始給電容充電, 電容兩端電壓升高,此時電壓已經高于輸入電壓了。升壓完畢。 說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時,電感吸收能量,放電時電感放出能量。如果電感量足夠大,那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續(xù)的電流。如果這個通斷的過程不斷重復,就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。 [2]

P 溝道高端柵極驅動器

直接式驅動器:適用于最大輸入電壓小于器件的柵- 源極擊穿電壓。

開放式收集器:方法簡單,但是不適用于直接驅動高速電路中的MOSFET。

電平轉換驅動器:適用于高速應用,能夠與常見PWM 控制器無縫式工作。

N 溝道高端柵極驅動器

直接式驅動器:MOSFET最簡單的高端應用,由PWM 控制器或以地為基準的驅動器直接驅動,但它必須滿足下面兩個條件:

VCC

浮動電源柵極驅動器:獨立電源的成本影響是很顯著的;光耦合器相對昂貴,而且?guī)捰邢?,對噪聲敏感?

變壓器耦合式驅動器:在不確定的周期內充分控制柵極;但在某種程度上,限制了開關性能。但是,這是可以改善的,只是電路更復雜了。

電荷泵驅動器:對于開關應用,導通時間往往很長;由于電壓倍增電路的效率低,可能需要更多低電壓級泵。

自舉式驅動器:簡單,廉價,也有局限;例如,占空比和導通時間都受到刷新自舉電容的限制。需要電平轉換,以及帶來的相關問題。

電感最廣泛的使用場景在供電,升壓電路和降壓電路,都需要有一顆電感來儲存能量和釋放能量。很多小白朋友都太清楚電感升壓電路的原理,所有的升壓和降壓電路,都用到了“電感電流不能突變”這個重要原理。即電感的中的電流是有慣性的,這個慣性就是電感儲存的能量。


示例的LCD屏的串聯背光升壓電路中,升壓IC主要通過LX腳來控制電感上的開關。在電療儀升壓電路中通過單片機的PWM口來控制電感的開關。

單純看文字不容易看得懂,我們用圖示來標明電流的走向。

(這里強調一下二極管的“單向導通”的特點,二極管中的電流只能朝一個方向走,反向是不能通過電流的。)

首先,開關打開,電感對地短路,電感內部產生電流。(芯片內部有開關,另一張圖的三極管也是起到開關的用途)

然后,開關關閉,電感對地的電流被截斷,但是電感上的電流不能立刻消失,需要找到泄放途徑,于是就跑到負載端去了。負載消耗不了那么多電流,于是電感的電流就變成了負載兩端的電壓,把電壓升上去了。

下一個循環(huán),開關打開,電感產生電流,雖然二極管右側電壓比左側高,但是無法反向流過去,就維持了高電壓。

然后開關再關閉,電感再向負載釋放能量,電壓繼續(xù)上升。如此循環(huán),電感不斷的充電放電,為二極管后段提供脈沖能量。

通過控制開關打開和關閉的時間比例,就可以控制有多少能量從電感輸出。這就是通過改變控制信號的占空比,來適應負載的變化,使電壓始終維持在需要的數值。

對于普通升壓電路(上圖左側),有負載、有過壓保護(OVP)、也有電壓檢測,電壓會上升到一個穩(wěn)定值。

對于電療儀電路這種簡易升壓電路(上圖右側),人體電阻在兆歐級別,基本相當于開路了,每一次電感的充放電,都會把二極管后段的電壓往上提升,如果用示波器測量后段電壓,會是一個階梯狀上升的形狀。通過控制開關的次數,可以控制電壓升高的幅度,最高可以超過200V。因為電量很少,人體只會感受到輕微電擊,不會造成危險。

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