在這個項目中，我們使用555定時器IC構(gòu)建一個升壓轉(zhuǎn)換器電路。升壓轉(zhuǎn)換器是一種非隔離類型的開關(guān)模式電源，用于升壓。換句話說，它的輸出電壓比輸入電壓高。該電路非常類似于我們設(shè)計的用于控制電機和LED條的降壓轉(zhuǎn)換器，用于降低輸入電壓。升壓轉(zhuǎn)換器在我們的許多日常設(shè)備中都有使用，這些是非常常見的電力電子電路，與太陽能電池板和其他收集技術(shù)一起廣泛使用，是當(dāng)今最重要的電路之一。在本文中，我們將學(xué)習(xí)降壓轉(zhuǎn)換器，并使用555定時器和IRFZ44N， n通道MOSFET設(shè)計一個非常簡單的升壓轉(zhuǎn)換器。你可以在這里查看簡單有趣的電力電子電路。

DC-DC升壓變換器的工作原理

升壓變換器用于通過減小電流來增加輸出電壓，這是通過在電感中存儲能量來實現(xiàn)的，并且由于電感中的能量不能立即改變，因此，它開始將能量存儲在其磁場中。通過電感器的電流由電感器= V/R給出，由于電阻和電流是恒定的，唯一可以改變的值是電壓。如下圖所示，電感與電壓源串聯(lián)連接以不斷打開和關(guān)閉電路，開關(guān)并聯(lián)于電壓源和電感以實現(xiàn)快速開關(guān)，我們利用MOSFET和MOSFET驅(qū)動器。電路與負(fù)載和與負(fù)載并聯(lián)的電容器相連。為了阻止電流從電容器反向流動，在電容器和MOSFET之間使用一個二極管。

電感試圖抵抗電流的變化以提供恒定的輸入電流，因此升壓轉(zhuǎn)換器充當(dāng)恒定電流輸入源，而負(fù)載充當(dāng)恒定電壓源，該電路與降壓轉(zhuǎn)換器非常相似，有時被稱為反向降壓轉(zhuǎn)換器。n溝道MOSFET由PWM信號控制，我們使用IC 555定時器為MOSFET提供輸出。電容器用于存儲電荷并為負(fù)載提供恒定的輸出。電路分兩個階段工作，在第一階段，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，在第二階段，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。

第一階段：開關(guān)打開：充電模式

在這種情況下，MOSFET開關(guān)被打開。我們使用的MOSFET是一個n通道IRFZ44N MOSFET，其柵極引腳連接到IC555定時器的引腳3。當(dāng)開關(guān)處于ON狀態(tài)時，它完成了穿過電感器的電路，并在其上施加電壓，從而在其周圍產(chǎn)生磁場。由于它提供了一個非常低的電阻路徑，所有的電壓流過開關(guān)并返回到電源，如下圖中的紅線所示。

之前在最后一個階段充電的電容器試圖從MOSFET放電并停止它，我們使用二極管來阻止電容器在相反方向流動的電荷。

第二階段：開關(guān)關(guān)閉：放電模式

當(dāng)開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時，電感的充電路徑?jīng)]有完成，因此電感的極性被逆轉(zhuǎn)，其周圍的磁場崩潰，從而產(chǎn)生電壓浪涌，通過二極管并對電容器充電。來自電感和源的累積能量用于給電容器充電，并在負(fù)載上運行。

工作周期:

一個開關(guān)周期的總時間稱為時間段(T)，開關(guān)的通斷時間分別由Ton和Toff給出。因此:

頻率(f)由-給出

占空比(D)由開關(guān)接通的總時間相對于總時間段給出。占空比為：

利用基爾霍夫電壓定律，我們可以推導(dǎo)出升壓變換器的穩(wěn)態(tài)。在這里，我們認(rèn)為電路是理想電路，在整個過程中沒有功率損失，即：

理論上，在一個完整的周期內(nèi)，電感電流的凈變化量為零，輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比為：

理論上，0 < D <1，但如果我們指定1為占空比，那么比率將變得無窮大，這是不可能實現(xiàn)的。

電感器計算值：

我們知道平均輸入電流(Iavg)等于平均電感電流(ILavg)。因此，平均電感電流可計算為：

電感的紋波電流通常為平均輸出電流的20-40%。

計算充電電容：

計算電容器充電時間Tc = R*C

這里，R是充電電路的電阻，C是電容器的電容。在我們下面給出的電路中，充電電路遵循紅色標(biāo)記的路徑，即R3 > D2 > C2。

要計算輸入電阻和電容的值，您也可以使用這個在線計算器。

計算輸出電容：

元件選擇

我在Eschema， KiCad上設(shè)計了電路，并使用上述公式對所需元件進行了計算。然后我在面包板上做了電路。在KiCad中設(shè)計的電路圖如下所示。

組件要求:

?1 × NE555

?1 x IRFZ44N - N溝道MOSFET

?1 × 100uH，電感器

?1 x 1K，電阻

?2個IN4001二極管

?1 x IN5822二極管

?1 × 100nF，電容

?1個1nF電容

?1 × 50k電位器

?2個2pin連接器(用于連接電路的輸入和輸出)

選擇組件時要記住的事情：

MOSFET：您需要選擇一個能夠承受最大輸出電壓的MOSFET，因此它的擊穿電壓應(yīng)該高于轉(zhuǎn)換器的最大輸出。

二極管：對于低電壓操作，我使用IN5822，因為1n4007的慢速度使其無法用于我們的操作。我們需要選擇一個快速二極管，我嘗試使用1n4007二極管作為輸出二極管，但由于性能問題，我改為更快的IN5822。

升壓變換器電路的工作

該電路在不穩(wěn)定模式下使用555 IC作為PWM發(fā)生器，因此整個電路都是基于相同的。所有8個引腳的連接如下：

?引腳1連接地軌。

?引腳2和引腳6，通過1nF電容接地。

?引腳3給出輸出信號，因此它連接到IRFZ44N， n通道MOSFET的柵極。該引腳負(fù)責(zé)將pwm輸出驅(qū)動到MOSFET的柵極。

?引腳4需要連接到電源

?引腳5有助于穩(wěn)定輸出，因此它通過0.01 uF電容器連接到地。它還有助于提供對電子噪音的免疫力。

?引腳7連接到倒置二極管裝置;該結(jié)通過一個1K電阻連接到正軌。

?8號引腳需要連接到電源。

任何SMPS中的主要組件都是開關(guān)，在這個電路中，我們使用n通道MOSFET IRFZ44N作為開關(guān)。它由IC 555發(fā)出的微弱信號驅(qū)動，因此IRFZ44N的門接在555IC上。漏極為電路提供負(fù)開關(guān)控制，電源連接到地。它具有以下規(guī)格

VDSS = 55v

RDS(on) = 17.5mΩ

ID= 49a

基于555定時器的直流升壓變換器電路測試

我用一個3.7V的鋰離子電池測試了這個電路，電池被充電到3.4V左右。我將電池連接到升壓轉(zhuǎn)換器，電壓顯示讀數(shù)為7.5V。升壓變換器輸出端的圖像如下所示。

為了測試電流，我將萬用表的引線改為電流探頭(請記住在萬用表上選擇10A或20A設(shè)置以保護它免受損壞)，電流顯示為3.2安培，因此該電路能夠產(chǎn)生約30瓦。電路工作正常，能夠提高電壓。

當(dāng)負(fù)載連接在電路上時，反饋的缺乏導(dǎo)致電路電壓下降。升壓變換器采用的反饋確保即使負(fù)載連接時占空比也保持穩(wěn)定。通過使用微控制器測量輸出的變化，然后改變輸入電阻，我們可以很容易地提供反饋，從而使該電路對大多數(shù)操作更有用和實用。

這是一個非常簡單但有效的電路，可以使用，如果你需要一個更高的電壓，那么你的電壓源可以提供，同時減少電力浪費在你的電路。這個電路能夠提供超過30W的功率。盡管如此，建議至少使用一個穿孔板來創(chuàng)建電路，因為常規(guī)面包板是用于低功率應(yīng)用的。如果你需要一個恒定的輸出，你應(yīng)該用固定電阻代替鍋，以提高整體設(shè)計效率。這種電路的主要缺點是，由于缺乏反饋，當(dāng)你連接負(fù)載時，電壓降相當(dāng)大。

本文編譯自circuitdigest