一个简单使用升压电路的仿真-平芜编程栈

简介：本文分析了一个带有稳压功能的简单升压电路。该电路由电感反馈脉冲震荡电路和输出稳压电路组成，通过二极管D1整流和齐纳二极管D2稳压。LTspice仿真显示，电路在3V输入时可稳定输出4.962V电压，呈现间歇震荡特性。负载变化会影响震荡频率：负载电阻减小时频率增加，增大时频率降低。输入电压在1.5V-5V范围内均可实现稳压输出，当输入超过5V时电路停止震荡。文章详细描述了电路启动过程和稳态工作波形，指出后续可通过实际电路测试进一步验证其负载特性。

关键词：升压电路，BOOST，稳压

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01升压稳压电路

一、升压电路

今天看到 B站朋友留言，给出了一个简单的升压电路。希望帮他进行分析一下电路的基本原理。可以看到，它上半部分是电感反馈脉冲震荡电路。通过二极管 D1 将高压脉冲进行整流。下半部分是输出稳压电路。当输出电压超过 4.7V之后，二极管 D2击穿，随着输出电压上升，就会使得三极管 Q1 导通。拉低了 Q2的基极，使它停止震荡，停止输出高压。我也很好奇，这个电路在 LTspice 中仿真，每个节点的波形应该是什么呢？

▲ 图1.1.1 升压电路原理图

二、仿真结果

在 LTspice 中搭建仿真电路。使用两个带有互感的线圈当做变压器。设置他们的互感系数为 0.95 。反馈回路中的齐纳二极管选择 4.7V 的1N570。使用 R2 作为输出电压负载。电路的工作电源电压为 3V。下面进行仿真，查看电路的工作波形。

开始仿真，查看 10ms 之内的波形。三极管 Q1 上出现震荡脉冲波形。经过二极管 D1 之后，输出稳压之后的电压。电压大小为 4.962V。可以看到，电路在开始 3ms 之内属于启动过程。之后，便进入稳态运行阶段了。

展开稳态下震荡波形，可以看到实际上此时电路处在间歇震荡状态。每一次的脉冲就给输出电容进行充电。当输出电容电压在负载上放电之后，电路重新开始震荡。查看电路启动过程。电路一开始处在持续震荡状态，随着输出电压增加，电路逐步过渡到间歇震荡，而且间歇震荡的周期越来越长了。

将负载电阻R2的阻值降低到 100欧姆。可以看到此时震荡频率增加。间歇震荡的间隔变短，这是因为负载电阻变小，放电电流增加。振荡电路需要增加震荡脉冲的频率才能够补充输出的电流。将R2的阻值增加到 10k欧姆，间歇震荡频率减小了。降低输入电压，现在将电源电压修改为 1.5V。电路基本上处在连续震荡状态。这是因为需要将输入电压变成高压输出，对应的输出电流变小了，进而要求震荡频率增加。提高输入电压，输出震荡变慢。现在输入电压为5V，间歇震荡的频率变得很低了。如果输入电压超过5V，现在电路停止震荡了。

设置工作电压为 3V，负载 1k 欧姆。观察电路在间歇震荡过程中的一个震荡过程。同时观察震荡三极管的集电极和基极电压信号。蓝色信号是反馈三极管的基极信号。通过对比可以了解电路工作过程的一些细节。整体上，震荡三极管 Q2的基极和集电极电压是反相的。

当基极电压逐步上升到 0.7V左右，震荡管开始导通。导通过程通过变压器正向反馈，使得三极管迅速饱和。当变压器线圈电流增加，使得三极管集电极电流超过放大电路，三极管逐步从饱和状态退到放大状态。集电极电压的升高再次通过互感变压器正反馈，使得三极管基极电压出现了一个反向脉冲，三极管迅速进入截止状态。此时，存储在变压器中的电磁能，在三极管集电极形成了高压，通过整流二极管输出到滤波电容。后面这部分应该是伴随着输出电压升高，稳压二极管击穿使得反馈三极管基极上升。总之，后面一些信号波形变化相对比较复杂。对于这个过程中的一些波形变化现在还不是很好分析。后面，随着正当三极管的基极电压逐步上升，直到重新进入下一次间歇震荡过程。