简 介：本文分析了一个带有稳压功能的简单升压电路。该电路由电感反馈脉冲震荡电路和输出稳压电路组成，通过二极管D1整流和齐纳二极管D2稳压。LTspice仿真显示，电路在3V输入时可稳定输出4.962V电压，呈现间歇震荡特性。负载变化会影响震荡频率：负载电阻减小时频率增加，增大时频率降低。输入电压在1.5V-5V范围内均可实现稳压输出，当输入超过5V时电路停止震荡。文章详细描述了电路启动过程和稳态工作波形，指出后续可通过实际电路测试进一步验证其负载特性。
关键词：升压电路，BOOST，稳压
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01升压稳压电路
一、升压电路
今天看到 B站 朋友留言， 给出了一个简单的升压电路。 希望帮他进行分析一下电路的基本原理。 可以看到， 它上半部分是电感反馈脉冲震荡电路。 通过 二极管 D1 将高压脉冲进行整流。 下半部分是输出稳压电路。 当输出电压超过 4.7V之后， 二极管 D2击穿， 随着输出电压上升， 就会使得三极管 Q1 导通。 拉低了 Q2的基极， 使它停止震荡， 停止输出高压。 我也很好奇， 这个电路在 LTspice 中仿真， 每个节点的波形应该是什么呢？
▲ 图1.1.1 升压电路原理图二、仿真结果
在 LTspice 中搭建仿真电路。 使用两个带有互感的线圈当做变压器。 设置他们的互感系数为 0.95 。 反馈回路中的齐纳二极管选择 4.7V 的1N570。 使用 R2 作为输出电压负载。 电路的工作电源电压为 3V。 下面进行仿真， 查看电路的工作波形。
开始仿真， 查看 10ms 之内的波形。 三极管 Q1 上出现震荡脉冲波形。 经过二极管 D1 之后， 输出稳压之后的电压。 电压大小为 4.962V。 可以看到， 电路在开始 3ms 之内属于启动过程。 之后， 便进入稳态 运行阶段了。
展开稳态下震荡波形， 可以看到实际上此时电路处在间歇震荡状态。 每一次的脉冲就给输出电容进行充电。 当输出电容电压在负载上放电之后， 电路重新开始震荡。 查看电路启动过程。 电路一开始处在持续震荡状态， 随着输出电压增加， 电路逐步过渡到间歇震荡， 而且间歇震荡的周期越来越长了。
将负载电阻R2的阻值降低到 100欧姆。 可以看到此时震荡频率增加。 间歇震荡的间隔变短， 这是因为负载电阻变小， 放电电流增加。 振荡电路需要增加震荡脉冲的频率才能够补充输出的电流。 将R2的阻值增加到 10k欧姆， 间歇震荡频率减小了。 降低输入电压， 现在将电源电压修改为 1.5V。 电路基本上处在连续震荡状态。 这是因为需要将输入电压变成高压输出， 对应的输出电流变小了， 进而要求震荡频率增加。 提高输入电压， 输出震荡变慢。 现在输入电压为5V， 间歇震荡的频率变得很低了。 如果输入电压超过5V， 现在电路停止震荡了。
设置工作电压为 3V， 负载 1k 欧姆。 观察电路在间歇震荡过程中的一个震荡过程。 同时观察震荡三极管的集电极和基极电压信号。 蓝色信号是反馈三极管的基极信号。 通过对比可以了解电路工作过程的一些细节。 整体上， 震荡三极管 Q2的基极和集电极电压是反相的。
当基极电压逐步上升到 0.7V左右， 震荡管开始导通。 导通过程通过变压器正向反馈， 使得三极管迅速饱和。 当变压器线圈电流增加， 使得三极管集电极电流超过放大电路， 三极管逐步从饱和状态退到放大状态。 集电极电压的升高再次通过互感变压器正反馈， 使得三极管基极电压出现了一个反向脉冲， 三极管迅速进入截止状态。 此时，存储在变压器中的电磁能， 在三极管集电极形成了高压， 通过整流二极管输出到滤波电容。 后面这部分应该是伴随着输出电压升高， 稳压二极管击穿使得 反馈三极管基极上升。 总之， 后面一些信号波形变化相对比较复杂。 对于这个过程中的一些波形变化现在还不是很好分析。 后面， 随着正当三极管的基极电压逐步上升， 直到重新进入下一次间歇震荡过程。
※总结 ※
本文分析了一个简单升压电路。 这个电路还带有稳压回路。 输入电压从 1.5V 到 5V， 都可以使得输出电压稳定在5V附近。 具体这个电路的负载特性， 也许可以将来通过搭建实际电路进行测试。
● 相关图表链接:
- 图1.1.1 升压电路原理图
