Mạch boost là gì

Tất cả chúng ta đều đã gặp phải những tình huống khó chịu trong đó chúng ta cần điện áp cao hơn một chút so với nguồn điện có thể cung cấp. Chúng ta cần 12V, nhưng chỉ có pin 9V. Hoặc có thể chúng ta có nguồn 3.3V trong khi khi chip của chúng ta cần 5V.

Như vậy có một câu hỏi đặt ra là, liệu có thể chuyển đổi điện áp một chiều này sang điện áp một chiều khác không?

Thật may mắn câu trả lời là có. Có thể chuyển đổi điện áp DC này sang điện áp DC khác.

Và tất nhiên nó không liên quan đến việc chuyển đổi DC sang AC và ngược lại. Vì nó liên quan đến quá nhiều bước. Bất cứ điều gì có quá nhiều bước đều không hiệu quả; đây cũng là một bài học về cuộc sống.

Hãy cùng Điện Tử Tương Lai bước vào thế giới của bộ chuyển đổi DC-DC công tắc chế độ!

Sở dĩ nó có tên gọi công tắc chế độ vì thường có một công tắc bán dẫn bật và tắt rất nhanh.

Mạch boost là gì

Mạch boost hay mạch boost áp, boost converter là một trong những loại bộ chuyển đổi công tắc chế độ đơn giản nhất. Như tên gọi của nó, nó nhận một điện áp đầu vào và tăng điện áp đó lên. Mạch này gồm là một cuộn cảm, một công tắc bán dẫn (ngày nay là MOSFET), một diode và một tụ điện. Cũng cần có một nguồn sóng vuông tuần hoàn. Có thể đơn giản như bộ định thời 555 hoặc thậm chí là một vi mạch SMPS chuyên dụng như vi mạch MC34063A.

Như bạn có thể thấy, chỉ có một số bộ phận cần thiết để tạo ra một mạch boost. Nó ít cồng kềnh hơn biến áp xoay chiều hoặc cuộn cảm.

Nó rất đơn giản vì ban đầu được phát triển vào những năm 1960 để cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện tử trên máy bay. Yêu cầu là các mạch này phải nhỏ gọn và hiệu quả nhất có thể.

Ưu điểm lớn nhất mà mạch boost áp mang lại là hiệu quả cao - một số mạch thậm chí có thể đạt đến 99%! Nói cách khác, 99% năng lượng đầu vào được chuyển thành năng lượng đầu ra hữu ích, chỉ 1% bị lãng phí.

Nguyên lý mạch boost

Đã đến lúc bạn phải hít thở thật sâu, chúng ta chuẩn bị đi sâu vào lĩnh vực điện tử công suất. Tôi sẽ nói ngay từ đầu rằng đó là một lĩnh vực rất bổ ích.

Để hiểu nguyên lý hoạt động của mạch boost, bạn bắt buộc phải biết cách hoạt động của cuộn cảm, MOSFET, diode và tụ điện.

Với kiến thức đó, chúng ta có thể xem xét từng bước hoạt động của mạch boost áp.

BƯỚC 1

Ở đây, không có gì xảy ra. Tụ điện đầu ra được sạc đến điện áp đầu vào trừ đi một lần sụt giảm diode.

BƯỚC 2

Bây giờ, đã đến lúc bật công tắc. Nguồn tín hiệu của chúng ta tăng cao, bật MOSFET. Tất cả dòng điện được chuyển hướng qua MOSFET thông qua cuộn cảm. Lưu ý rằng tụ điện đầu ra vẫn được sạc vì nó không thể phóng điện qua diode phân cực ngược.

Tất nhiên, nguồn điện không bị đoản mạch ngay lập tức, vì cuộn cảm làm cho dòng điện tăng lên tương đối chậm. Ngoài ra, một từ trường hình thành xung quanh cuộn cảm. Lưu ý đến cực của điện áp đặt trên cuộn cảm.

BƯỚC 3

MOSFET bị tắt và dòng điện đến cuộn cảm bị dừng đột ngột.

Bản chất của cuộn cảm là duy trì dòng điện trơn tru; nó không thích sự thay đổi đột ngột của dòng điện. Vì vậy nó không thích sự tắt đột ngột của dòng điện. Nó đáp ứng điều này bằng cách tạo ra một điện áp lớn có cực ngược lại với điện áp ban đầu cung cấp cho nó bằng cách sử dụng năng lượng được lưu trữ trong từ trường để duy trì dòng điện đó.

Nếu chúng ta quên phần còn lại của các phần tử mạch và chỉ chú ý đến các ký hiệu phân cực, chúng ta nhận thấy rằng cuộn cảm lúc này hoạt động giống như một nguồn điện áp mắc nối tiếp với điện áp cung cấp. Điều này có nghĩa là cực dương của diode bây giờ ở điện áp cao hơn so với cực âm (hãy nhớ rằng lúc đầu tụ điện đã được sạc để cung cấp điện áp) và được phân cực thuận.

Tụ điện đầu ra hiện đã được sạc đến điện áp cao hơn trước đây, điều đó có nghĩa là chúng ta đã nâng thành công điện áp DC thấp lên mức cao hơn!