【導讀】本文就是通過分析一簡單的DC-DC升壓電路，來綜合了解電阻、電容、電感、二極管到底是怎么工作的，它們之間又是如何組合在一起相互影響相互作用，實現(xiàn)了升壓的功能，看完之后或許會發(fā)現(xiàn)，元器件好神奇，不同的組合形成不同的“招式”，造成電路千變?nèi)f化。圖1為簡單的DC-DC升壓電路圖。
本文就是通過分析一簡單的DC-DC升壓電路，來綜合了解電阻、電容、電感、二極管到底是怎么工作的，它們之間又是如何組合在一起相互影響相互作用，實現(xiàn)了升壓的功能，看完之后或許會發(fā)現(xiàn)，元器件好神奇，不同的組合形成不同的“招式”，造成電路千變?nèi)f化。圖1為簡單的DC-DC升壓電路圖。
圖1：簡單DC-DC升壓電路圖
在分析電感L在這個電路中的作用之前，我們先來看看這個電路的一個關鍵控制器件S，S是一個開關器件，在實際電路中由晶體管或場效應管來實現(xiàn)，因為直流輸出電壓Vo的平均電壓與開關S的導通和截止時間有密切的關系，所以這里就圍繞S器件導通和截止來分析此電路。
當S從截止到導通轉(zhuǎn)換時，電路可以分成兩個部分，如圖2所示，每個部分都是一個獨立的閉合回路，能夠達到這種效果完全歸功于電路中的二極管D。左邊的回路包含了直流輸入電壓源Vi，右邊的回路包含了一個電容C和一個電阻R，中間虛線部分在開關S閉合的狀態(tài)下可以看成開路，由于這個時候右邊RC回路還沒有從左邊回路獲取能量，所以RC回路不存在電流，故此時直流輸出電壓Vo為零。
圖2：開關S閉合時電路狀態(tài)
大家是否還記得電感有阻止電流變化的特性？下面對圖2的分析將用到電感的這個特性。在開關閉合的那一瞬間，左邊回路中的電流是由無到有變化的，也就是說電流變化的趨勢是順時針增大。電感會阻止這種變化的趨勢，電感內(nèi)部會瞬間產(chǎn)生一個逆時針的電流，阻止了順時針電流的增大，但是電感只能阻止卻改變不了變化的趨勢，最后左邊回路中存在一個穩(wěn)定的順時針方向電流，如圖2左邊回路的箭頭所示。
當S從導通到截止轉(zhuǎn)換時，電路左邊的直流電壓源被斷開，整個電路由電感L、二極管D、電容C和電阻R組成，如圖3所示，輸入直流電壓源Vi由于開關S的截止被斷開。原先包括電感和Vi的回路中，順時針的電流由于失去電源有急劇下降的趨勢，因為電感有阻止電流變化的特性，雖然失去了電源，但在電感內(nèi)部會產(chǎn)生一個和原先順時針電流大小相等、方向相反的電流。來阻止該回路中電流的急劇下降。
圖3：開關S截止時電路狀態(tài)
我們可以發(fā)現(xiàn)在這個從導通到截止的過程中，電感其實扮演了一個儲能的角色，在開關S的控制下把Vi的能量從圖2中左邊的回路傳給右邊的RC回路，那么此時RC回路在這個時候又會發(fā)生什么變化呢？這個時候，電感的能量逐漸轉(zhuǎn)移到電容上，所以電容C兩端出現(xiàn)了電壓差，RC回路中就產(chǎn)生了電流，這個電流流過電阻，產(chǎn)生了直流輸出電壓Vo。
但是這個時候Vo和Vi大小相等方向相反，還沒有達到最終的目的--升高電壓。此時有些大伙可能就問：為什么到這階段還沒有實現(xiàn)升高電壓呢？前面曾經(jīng)提到過直流輸出電壓Vo的平均電壓與開關S的導通和截止時間有密切的關系，我們再接著分析下去，看看當開關S再次閉合的時候電路的狀態(tài)，如圖4所示。
圖4：開關S再次閉合時電路狀態(tài)
因為電容儲存了能量而且又有阻止電壓變化的特性，所以這個時候右邊的RC回路中產(chǎn)生了電流，而直流輸出電壓Vo和Vi保持大小相等方向相反。左邊的回路此時又是什么情況呢？電感繼續(xù)從電源Vi獲得能量，等待開關S下一次的截止。
可以想象一下，左邊的回路中電感在獲得能量，右邊的回路中電容在釋放能量，而且電感獲得能量比電容釋放能量的速度快，開關S在電感獲得能量后馬上截止，這個時候電容第二次充電，此次充電結(jié)束后電容上將產(chǎn)生比Vi大的電壓。如此反復，隨著開關S的循環(huán)快速導通、截止，就可以得到比Vi大的直流輸出電壓Vo。
