在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用555 定時(shí)器 IC構(gòu)建了一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器電路。升壓轉(zhuǎn)換器是一種非隔離型開關(guān)模式電源，用于升壓。換句話說，與輸入電壓相比，它提供了更高的輸出電壓。該電路與我們?cè)O(shè)計(jì)用于控制電機(jī)和 LED 燈條的降壓轉(zhuǎn)換器非常相似， 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，廣泛用于太陽能電池板和其他采集技術(shù)，是當(dāng)今最重要的電路之一。在本文中，我們將了解降壓轉(zhuǎn)換器并使用 555 定時(shí)器和設(shè)計(jì)一個(gè)非常簡(jiǎn)單的升壓轉(zhuǎn)換器IRFZ44N，N 溝道 MOSFET。您可以在這里查看簡(jiǎn)單有趣的電力電子電路。

DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器的工作

升壓轉(zhuǎn)換器用于通過降低電流來增加輸出電壓，這是通過將能量存儲(chǔ)在電感器中來實(shí)現(xiàn)的，由于電感器中的能量不能立即改變，因此它開始將能量存儲(chǔ)在其磁場(chǎng)中。電感上的電流由I電感= V/R給出 并且由于電阻和電流是恒定的，因此唯一可以改變的值是電壓。如下圖所示，電感器與電壓源串聯(lián)，以不斷打開和關(guān)閉電路，開關(guān)與電壓源和電感器并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，我們使用 MOSFET 和 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。 該電路連接到負(fù)載和與其并聯(lián)的電容器。為了阻止電流從電容器回流，在電容器和 MOSFET 之間使用了一個(gè)二極管。

電感器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(shí)稱為 反向降壓轉(zhuǎn)換器。N 溝道 MOSFET 由 PWM 信號(hào)控制，我們使用 IC 555 定時(shí)器為 MOSFET 提供輸出。電容器用于存儲(chǔ)電荷并向負(fù)載提供恒定輸出。該電路分兩階段工作，第一階段，開關(guān)打開，第二階段，開關(guān)處于關(guān)閉階段。

階段 1：開關(guān)打開：充電模式

在這種情況下，MOSFET 開關(guān)打開。我們使用的 MOSFET 是 N 溝道 IRFZ44N MOSFET，其柵極引腳連接到 IC555 定時(shí)器的引腳 3。當(dāng)開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，它會(huì)完成電感兩端的電路，并在其上施加電壓，從而在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于它提供了一個(gè)非常低的電阻路徑，所有電壓都流過開關(guān)并返回到電源，如下圖紅線所示。

在最后一個(gè)階段之前充電的電容器試圖從 MOSFET 中自行放電并停止它，我們使用一個(gè)二極管來阻止來自電容器的電荷反向流動(dòng)。

階段 2：開關(guān)關(guān)閉：放電模式

當(dāng)開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電感的充電路徑?jīng)]有完成，因此電感的極性反轉(zhuǎn)，其周圍的磁場(chǎng)崩潰，從而產(chǎn)生電壓浪涌，通過二極管為電容器充電。來自電感器和源的累積能量用于為電容器充電并流經(jīng)負(fù)載。

計(jì)算輸出電容：

組件的選擇

我在 Eschema、KiCad 上設(shè)計(jì)了電路，并使用上述公式計(jì)算了所需的組件。然后我在面包板上做了電路。KiCad 中設(shè)計(jì)的電路圖如下所示。

所需組件：

1 個(gè) NE555

1 x IRFZ44N – N 溝道 MOSFET

1 x 100uH，電感

1 x 1K，電阻

2 個(gè) IN4001 二極管

1 個(gè) IN5822 二極管

1 x 100nF，電容器

1 個(gè) 1nF 電容器

1 x 50k 電位器

2 x 2pin 連接器（用于連接電路的輸入和輸出）

選擇組件時(shí)要記住的事項(xiàng)：

MOSFET：您需要選擇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(duì)于低壓操作，我使用了 IN5822，因?yàn)?1n4007 的慢速使其無法用于我們的操作。我們需要選擇一個(gè)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，我改為使用更快的 IN5822。

升壓轉(zhuǎn)換器電路的工作

該電路使用處于非穩(wěn)態(tài)模式的 555 IC作為 PWM 發(fā)生器，因此整個(gè)電路基本相同。所有 8 個(gè)引腳的連接如下所述：

引腳 1 連接到接地軌。

引腳 2 和引腳 6，通過一個(gè) 1nF 電容接地。

引腳 3 提供輸出信號(hào)，因此它連接到 IRFZ44N、N 溝道 MOSFET 的柵極。該引腳負(fù)責(zé)將 pwm 輸出驅(qū)動(dòng)到 MOSFET 的柵極。

4腳需要接電源

引腳 5 有助于穩(wěn)定輸出，因此它通過 0.01 uF 電容器接地。它還有助于提供對(duì)電噪聲的免疫力。

引腳 7 連接到反相二極管設(shè)置；結(jié)通過1K電阻連接到正軌。

引腳 8 需要連接到電源。

任何 SMPS 的主要組件都是開關(guān)，在此電路中，我們使用 N 溝道 MOSFET IRFZ44N 作為開關(guān)。它由 IC 555 發(fā)出的微弱信號(hào)驅(qū)動(dòng)，因此 IRFZ44N 的柵極連接到 555IC。漏極為電路提供負(fù)開關(guān)控制，源極接地。它具有以下規(guī)格

VDSS = 55V

RDS（on） = 17.5mΩ

ID = 49A

測(cè)試基于 555 定時(shí)器的直流直流升壓轉(zhuǎn)換器電路

我用一個(gè) 3.7V 的鋰離子電池測(cè)試了電路，電池被充電到大約 3.4V。我將電池連接到升壓轉(zhuǎn)換器，其兩端的電壓顯示讀數(shù)為 7.5V。升壓轉(zhuǎn)換器輸出端的輸出圖像如下所示。

為了測(cè)試電流，我將萬用表的引線改為電流探頭（請(qǐng)記住在萬用表上選擇 10A 或 20A 設(shè)置以防止損壞。）電流顯示為 3.2 安培，因此該電路能夠產(chǎn)生大約 30 瓦。該電路確實(shí)工作正常并且能夠提高電壓。

當(dāng)負(fù)載連接在電路上時(shí)，缺少反饋會(huì)導(dǎo)致電路電壓下降。升壓轉(zhuǎn)換器采用的反饋可確保占空比保持穩(wěn)定，即使在連接負(fù)載時(shí)也是如此。我們可以通過使用微控制器來測(cè)量輸出變化然后改變輸入電阻來輕松提供反饋，從而使該電路對(duì)于大多數(shù)操作更加有用和實(shí)用。

這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單但有效的電路，如果您需要更高的電壓，則可以使用該電路，然后您的電壓源可以提供，同時(shí)減少電路中的功率浪費(fèi)。該電路能夠提供超過 30W 的功率。雖然，建議至少使用一個(gè)穿孔板來創(chuàng)建電路，因?yàn)槠胀姘暹m用于低功率應(yīng)用。如果需要恒定輸出，則應(yīng)使用固定電阻代替電位器，以提高整體設(shè)計(jì)效率。該電路的主要缺點(diǎn)是，由于缺乏反饋，連接負(fù)載時(shí)的電壓降相當(dāng)大。最后一句話是，構(gòu)建可以通過我們都躺在辦公桌上的簡(jiǎn)單組件設(shè)計(jì)的電路很有趣。