然后，我們完成了一個設計過程，其中配置了模擬升壓轉換器的功率級，以用于混合信號、電池供電的設備。圖 2 顯示了我們創建的特定于應用程序的 LTspice 實現。
圖 2.在 LTspice 中實現的升壓轉換器原理圖。
在本文中，我們將使用相同的電路來探索使升壓轉換成為可能的電氣行為。
開啟狀態
與降壓轉換器一樣，升壓轉換器有兩種基本工作狀態：一種是電源開關閉合時（接通狀態），另一種是電源開關打開時（關斷狀態）。讓我們從開啟狀態開始。
當開關導通時，來自輸入電源的電流被分流到地。它流經電感器、開關并進入接地節點，如圖 3 所示。它不會流過二極管或到達電容器。在此期間，電感器的電流逐漸增加，并且電感器正在“充電”，我的意思是其磁場的能量含量正在增加。
該圖顯示了處于開啟狀態的升壓轉換器，其中電源電流的路徑由綠色箭頭指示。
圖 3.接通狀態下電源電流通過升壓轉換器的路徑。
同時，負載電路需要穩定的電流供應：為了使圖表更加完整，我們需要包括負載電流（圖 4）。正如您所看到的，電容器在接通狀態期間放電并提供負載電流。
升壓轉換器處于開啟狀態的圖，其中電源電流和負載電流的路徑由綠色箭頭指示。
圖 4.處于開啟狀態的升壓轉換器。電源電流和負載電流均以綠色表示。
電感器正在充電，電容器正在放電，而二極管則阻止兩個方向的電流，因為它是反向偏置的。
但我們怎么知道二極管是反向偏置的呢？關鍵的觀察結果是閉合開關的阻抗非常低：因此 V SW節點上的電壓將接近 0 V。由于輸出電壓高于 0 V，因此二極管反向偏置，并且沒有電流流動，如下所示：只要開關導通。
認識到二極管在開關周期的這一部分期間處于開路，強調了輸出電容器的重要性，輸出電容器是開關導通時可用于維持輸出電壓和提供負載電流的組件。還值得注意的是，二極管可防止輸出電壓通過閉合開關將電流驅動回地。
關閉狀態
當開關閉合時，電流流過電感，我們知道電感的本質是抵抗電流的變化。因此，當開關打開時，電感器電流將繼續流動，采用合理的可用路徑：二極管。
在迫使電流流過二極管的過程中，電感器必須升高節點 V SW處的電壓，直到二極管正向偏置。為此，電感器必須產生至少等于 (V OUT + V F ) 的 V SW電壓，其中 V F表示二極管的正向電壓。因此，電感器右側端子處的電壓將大于 V OUT以及大于 V IN。
一旦二極管兩端的電壓足以導通，電流就會從電源流出，流經電感器和二極管，然后流入電容器和負載（圖 5）。
處于關斷狀態的升壓轉換器圖，其中電流由綠色箭頭指示。
圖 5.關斷狀態下流經升壓轉換器的電流。
實現提升
電容器充電的電壓可以超過系統中的電源電壓。從電容器的電容 (C)、存儲電荷 (Q) 和電壓 (V) 的關系式可以明顯看出這一點：
V = QC
如果向電容器極板注入更多電荷，電壓就會升高。該方程中沒有任何內容表明當接近系統電源電壓時電壓會趨于平穩。
然而，我們還需要考慮其他電氣定律，通常電容器的電壓不會增加到超過電源電壓。電容器的電壓自然會穩定在用于將電荷驅動到其極板上的電壓。
為了成功地將電容器電壓提高到驅動電壓以上，我們需要將電荷“泵入”電容器并防止電荷流回電源。升壓轉換器的二極管充當電流單向閥，可提供以下兩種作用：
電感器電流可以流過二極管并將電容器充電至高于 V IN的電壓。
電容器無法通過電感器放電回電源，因為二極管阻止電流沿該方向流動。
圖 6 顯示了來自電感器（綠色）和電容器（紅色）的電流。
處于關斷狀態的升壓轉換器圖，其中電流從電感器流向電容器，由綠色箭頭指示，電流從電容器流回電感器，由紅色箭頭指示。 紅色箭頭沒有到達電感器，而是停在二極管處。
圖 6.二極管允許電流從電感器流向電容器，但反之則不然。
簡而言之，升壓轉換器將能量存儲在電感器的磁場中，然后將該能量傳輸到電容器，從而使電容器的電壓可以增加到超過向電感器提供能量的源的電壓。 |
