在這個項目中，我們使用555 定時器 IC構建了一個升壓轉(zhuǎn)換器電路。升壓轉(zhuǎn)換器是一種非隔離型開關模式電源，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。該電路與我們設計用于控制電機和 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，是當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 定時器和設計一個非常簡單的升壓轉(zhuǎn)換器IRFZ44N，N 溝道 MOSFET。您可以在這里查看簡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在電感器中來實現(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在其磁場中。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)，以不斷打開和關閉電路，開關與電壓源和電感器并聯(lián)，以實現(xiàn)快速開關，我們使用 MOSFET 和 MOSFET 驅(qū)動器。 該電路連接到負載和與其并聯(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)換器充當恒定電流輸入源，而負載充當恒定電壓源，該電路與降壓轉(zhuǎn)換器非常相似，有時稱為 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向負載提供恒定輸出。該電路分兩階段工作，第一階段，開關打開，第二階段，開關處于關閉階段。

階段 1：開關打開：充電模式

在這種情況下，MOSFET 開關打開。我們使用的 MOSFET 是 N 溝道 IRFZ44N MOSFET，其柵極引腳連接到 IC555 定時器的引腳 3。當開關處于導通狀態(tài)時，它會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。由于它提供了一個非常低的電阻路徑，所有電壓都流過開關并返回到電源，如下圖紅線所示。

在最后一個階段之前充電的電容器試圖從 MOSFET 中自行放電并停止它，我們使用一個二極管來阻止來自電容器的電荷反向流動。

階段 2：開關關閉：放電模式

當開關處于關閉狀態(tài)時，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)負載。

計算輸出電容：

組件的選擇

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

所需組件：

1 個 NE555

1 x IRFZ44N – N 溝道 MOSFET

1 x 100uH，電感

1 x 1K，電阻

2 個 IN4001 二極管

1 個 IN5822 二極管

1 x 100nF，電容器

1 個 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）

選擇組件時要記住的事項：

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該高于轉(zhuǎn)換器的最大輸出。

二極管：對于低壓操作，我使用了 IN5822，因為 1n4007 的慢速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，因此整個電路基本相同。所有 8 個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 1nF 電容接地。

引腳 3 提供輸出信號，因此它連接到 IRFZ44N、N 溝道 MOSFET 的柵極。該引腳負責將 pwm 輸出驅(qū)動到 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。它還有助于提供對電噪聲的免疫力。

引腳 7 連接到反相二極管設置；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，在此電路中，我們使用 N 溝道 MOSFET IRFZ44N 作為開關。它由 IC 555 發(fā)出的微弱信號驅(qū)動，因此 IRFZ44N 的柵極連接到 555IC。漏極為電路提供負開關控制，源極接地。它具有以下規(guī)格

VDSS = 55V

RDS（on） = 17.5mΩ

ID = 49A

測試基于 555 定時器的直流直流升壓轉(zhuǎn)換器電路

我用一個 3.7V 的鋰離子電池測試了電路，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。該電路確實工作正常并且能夠提高電壓。

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

這是一個非常簡單但有效的電路，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，同時減少電路中的功率浪費。該電路能夠提供超過 30W 的功率。雖然，建議至少使用一個穿孔板來創(chuàng)建電路，因為普通面包板適用于低功率應用。如果需要恒定輸出，則應使用固定電阻代替電位器，以提高整體設計效率。該電路的主要缺點是，由于缺乏反饋，連接負載時的電壓降相當大。最后一句話是，構建可以通過我們都躺在辦公桌上的簡單組件設計的電路很有趣。