升压电路的基本原理是什么？
升压电路的基本原理是什么？
升压电路是电子工程中常见的电路类型之一，广泛应用于各种需要将输入电压提升到更高水平的场景。本文将从基本原理出发，详细解释升压电路的工作机制，并重点介绍其中的关键元器件——肖特基二极管的作用和特点。
升压电路基本原理
在实际应用中升压电路是非常常见的，升压的过程实际就是能量的存储和释放的过程，升压电路主要是通过电感和开关元件（如MOSFET）周期性地存储和释放能量，实现升压。开关元件在高频下切换，控制电感的充放电过程。
关键元器件
- 电感：用来存储能量并且在开关关断时释放；
- 开关元件：控制电感的充放电；
- 二极管：防止电流回流，确保能量的单向传递；
- 电容：滤波，维持输出电压稳定；
- 控制电路：调节开关占空比，通过控制占空比调节输出电压；
我们来看一个升压电路
升压过程
开关导通阶段
开关导通后，电流从电源流过电感，电感开始储能，此时二极管因反向偏置而被截止，负载由输出电容供电，电筒放电维持输出电压。简单来说就是输入电源直接对电感充电，输出电压由电容维持，电感不向负载供电。
我们来看一下开关导通情况下的电流流向
开关关断阶段
开关关断后由于电感中的电流不能突变，会产生一个电动势（反向电压）来维持电流，电流流过二极管后向负载和输出电容释放能量，此时电容充电。电感的感应电动势与输入电压叠加，最终使得输出电压高于输入电压，从而达到升压的效果。简单来说就是电感释放能量，向负载和电容供电，此时输出电压高于输入电压。
我们来看一下开关断开情况下的电流流向
如此循环往复，通过快速切换开关的导通和关断，实现输入电压的升压。
肖特基二极管
什么是肖特基二极管
肖特基二极管（Schottky Diode）是一种利用金属与半导体接触形成肖特基势垒的二极管。它与普通PN结二极管不同，肖特基二极管的金属端通常使用金、银、铂等材料，而半导体端通常使用N型硅或砷化镓（GaAs）。
肖特基二极管有以下特点：
- 低正向压降：肖特基二极管的正向压降通常为 0.2到0.4V，远低于普通硅二极管的 0.6V到0.7V，低正向压降意味着在导通时能量损耗更小，效率更高。
- 快速开关速度：肖特基二极管是多数载流子器件，没有少数载流子的存储效应，因此开关速度极快，反向恢复时间非常短（通常在几纳秒以内）。
除了上述两个特点外，肖特基二极管的反向漏电流比较大，尤其是在高温环境下，这限制了它在高压场合的应用，另外肖特基二极管的耐压值通常比较低，一般不会超过200V，适用于低压场合。
肖特基二极管在升压电路中的应用
肖特基二极管因其低正向压降和快速开关速度的特性，使得它经常被应用在升压电路中的电感和输出电容之间。它可以显著提高电路的效率，减少能量损耗，同时适应高频开关的需求。
- 升压电路中，二极管在开关关断时导通，电流通过二极管流向负载。肖特基二极管的低正向压降可以显著减少能量损耗，提高电路的整体效率。
- 升压电路通常工作在较高的开关频率（几十kHz到几MHz）。肖特基二极管的快速开关特性可以有效减少开关损耗，避免因反向恢复时间过长导致的效率下降。
- 在开关关断瞬间，电感会产生反向电动势。肖特基二极管的快速导通特性可以迅速为电感提供续流路径，减少电压尖峰，保护开关管（如MOSFET）。
最后我们来看一下肖特基二极管的原理图符号