將二個(gè)電壓疊加就實(shí)現(xiàn)的電壓的提升，這就是升壓變換器的基本原理。

使用儲(chǔ)能元件從輸入電源獲取能量得到一個(gè)電壓，然后將它和輸入電壓順向串聯(lián)，就可以實(shí)現(xiàn)升壓功能。電容和電感是二種常用的儲(chǔ)能元件，如果使用電容實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，這種升壓變換器稱(chēng)為電容充電泵;如果使用電感實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，這種升壓變換器稱(chēng)為BOOST變換器。另外，也可以將直流電壓變?yōu)榻涣鳎缓笫褂酶哳l變壓器升壓，如反激、正激、推挽、半橋和全橋等電源結(jié)構(gòu)。本文只討論前面二種結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程。

1、電感BOOST變換器

輸入電壓Vin加到電感兩端，電感激磁并將能量?jī)?chǔ)存在電感中，電感和輸入電壓斷開(kāi)后，電感的電流不能突變：L•di/dt=Vin，電感中變化的電流產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的方向右正左負(fù)，如圖1所示。

圖1：電感激磁儲(chǔ)能

將感應(yīng)電壓的負(fù)端連接到輸入電壓的正端，也就是電感的感應(yīng)電壓和輸入電壓順向串聯(lián)，感應(yīng)電壓的正端就可以得到高于輸入電壓的電壓，從而實(shí)現(xiàn)電壓的抬升。

圖2：電感和輸入電壓順向疊加

圖中的A點(diǎn)，當(dāng)電感激磁儲(chǔ)能時(shí)，其連接到輸入電源的地;當(dāng)電感的感應(yīng)電壓疊加到輸入電壓時(shí)，其連接到輸出端，A點(diǎn)是一個(gè)動(dòng)點(diǎn)，有時(shí)連接到地，有時(shí)連接到輸出，因此，A點(diǎn)和地、輸出之間，需要各加一個(gè)可以進(jìn)行連通和斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

(1)將功率MOSFET連接在A點(diǎn)和輸入電源的地之間，如圖3所示，就可以實(shí)現(xiàn)上面的功能。這個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感激磁儲(chǔ)能，因此，稱(chēng)之為主功率MOSFET。

圖3：電感和地的控制開(kāi)關(guān)

(2)將另一個(gè)功率MOSFET連接在A點(diǎn)和輸出之間，同樣也實(shí)現(xiàn)上面的功能。

注意到電感的感應(yīng)電壓疊加到輸入電壓時(shí)，電感是去磁、釋放能量的過(guò)程，A點(diǎn)和輸出之間流過(guò)的是電感去磁產(chǎn)生的被動(dòng)的單向電流，因此也可以用一個(gè)具有單向?qū)щ娦缘亩O管，來(lái)代替功率MOSFET，如圖4所示。

圖4：電感和輸出的控制開(kāi)關(guān)

電感去磁產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和輸入電壓順向疊加，實(shí)現(xiàn)升壓的功能;電感的動(dòng)點(diǎn)和地之間插入主功率MOSFET，電感的動(dòng)點(diǎn)和輸出之間插入隔離二極管，就組成了基本的BOOST變換器。輸出二極管換成功率MOSFET，稱(chēng)之為同步BOOST變換器，實(shí)現(xiàn)更高的效率。

輸出電壓加入反饋調(diào)節(jié)，同時(shí)加入過(guò)流、過(guò)溫、過(guò)壓、欠壓、軟起動(dòng)等一些保護(hù)功能去控制BOOST變換器主電路，就構(gòu)成BOOST變換器的控制芯片。如果將主功率MOSFET、輸出二極管或同步MOSFET也集成到芯片里面，就構(gòu)成單芯片BOOST變換器。

2、電容充電泵

電容充電泵原理如圖5所示，K1、K2開(kāi)通，輸入電源給電容Cs充電;然后K1、K2斷開(kāi)，將電容Cs的負(fù)端通過(guò)K4連接到輸入電源的正端，電容Cs的正端通過(guò)K3連接到輸出，這樣電容Cs的電壓就疊加在輸入電壓上，從而實(shí)現(xiàn)電壓的提升。通過(guò)多級(jí)充電泵的疊加，可以得到更高的電壓。

圖5：電容充電泵原理

3、DCDC變換器中的升壓、負(fù)壓充電泵

BOOST變換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW(A點(diǎn))的電壓在0、Vo之間相互切換，是一個(gè)電壓浮動(dòng)點(diǎn)、動(dòng)點(diǎn)，那么意味著可以用SW這個(gè)電壓浮動(dòng)點(diǎn)，組成電容充電泵，實(shí)現(xiàn)另一路高壓或負(fù)壓的輸出，電路結(jié)構(gòu)和工作原理如圖6所示。

(1)MOSFET導(dǎo)通：電容C1連接到SW點(diǎn)，SW的電壓為0，使用穩(wěn)定的電壓如Vo，給電容C1充電，就可以將C1的電壓充到Vo。

(2)MOSFET關(guān)斷，D1導(dǎo)通：SW的電壓升高為Vo，C1的A點(diǎn)電壓相對(duì)于地抬升到2*Vo。

其中，D2、D3具有單向?qū)щ娦裕饘?dǎo)通和隔離作用。同樣的方法，可以通過(guò)多級(jí)充電泵，實(shí)現(xiàn)更高的輸出。

(a) 充電泵原理

(b) 多級(jí)充電泵

圖6：BOOST變換器組成充電泵

使用充電泵還可以得到負(fù)壓輸出，如圖7所示。

(1)D1導(dǎo)通，SW的電壓為Vo，Vo通過(guò)C1、D1，將C1的電壓充到Vo，C1上正下負(fù)。

(2)MOSFET導(dǎo)通，SW的電壓為0，C1的上端電壓0，下端A點(diǎn)電壓為-Vo，D3導(dǎo)通，輸出負(fù)電壓。

圖7：BOOST變換器組成負(fù)壓充電泵

從上面的分析可以知道，DCDC變換器中所有的電壓浮動(dòng)點(diǎn)，都可以用同樣的方式得到充電泵，如BUCK變換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)多路的輸出。充電泵電路輸出電壓沒(méi)有反饋，負(fù)載和線性調(diào)整率差，合適于小電流輸出的應(yīng)用，輸出可以加穩(wěn)壓管或三端穩(wěn)壓器提高輸出穩(wěn)定度。

BUCK、BOOST變換器的電感所加的電壓為交流電壓，也可以在BUCK、BOOST變換器的電感多加一個(gè)繞組，得到另外一組輸出電壓，第二繞組工作方式可以是反激也可以是正激，其輸出電壓可以為正也可以為負(fù)。