实验目的

学习升压（Boost）型直流开关电源的基本原理。

实验原理

给电感通电，然后迅速断电，电感开路一侧会出现高压。不懂的可以看开关电源的故事-起源-电感毛刺。

我们可以用以下由电感和开关组成的简单电路来学习电感的升压原理。下图为电路图:

图1-电感升压试验电路

下图是组装在面包板上的电路:

图2-面包板上的电感升压电路

以下是按下按钮并快速松开后的波形截图：

图3-电感升压波形

可以看到 5V 电感开路一侧电压升高 130V。

在这个简单的电感升压电路后面加一个二极管和电容就构成了经典的升压型直流-直流开关电源（switched-mode boost DC-DC power supply）：

图4-经典升压直流-直流开关电源原理图

当开关关闭时，由于右极管右侧的电压高于左侧，二极管可以防止电容器存储的电能通过开关向电源放电。电容器用于减少开关的电源纹波，并稳定压滤波器。

实验电路

我们使用 Arduino UNO 来产生控制 PWM 我们使用信号和开关 N 沟通场效应管 IRFZ44N。N 沟通场效管Gate极低输入电平时场管的Drain极和Source极会关闭，反之，Gate极输入高电平，Drain极和Source极会导通。

实验电路原理图如下：

图5-基于Arduino升压直流-直流开关电源

Arduino A0 用于调节输出电压的引脚可调电阻。

A1 因为使用了反馈信号，使用了反馈信号 1k 和 8k 电阻分压，实际输出电压为此电压 9 倍。

D3 引脚接输出 PWM 控制信号，输出高电平时场管导通，输出低电平时场管关闭。

可调电阻输出 5V 当输出电压最大时，为 5V*9=45V。

下面是 Arduino 代码：

/*  * 这是使用 Arduino 带反馈的升压型生产（Boost）DC开关电源示例代码。  * 使用 Arduino UNO.  * D3: 输出控制 PWM 信号。  * A1: 接反馈信号。  * A0: 接可调电阻。用于调节输出电压。  * 欢迎搜索并关注薇信公众号：飞多学校。学习更多的电子知识和示波器使用技能。  */  int potentiometer = A0; // 输入引脚：可调电阻，连接A0。 int feedback = A1;      // 输入引脚：反馈信号，连接A1。 int PWM = 3;            // 输出引脚：PWM 控制信号，接D3。 int pwm = 0;            // 要写入到 PWM 0:输出方波占空比 0%(低电平) 100%(高电平) // 本实验中使用的是 N 低电平关闭沟道场效应管，高电平导通 // PWM 引脚输出高电平->场管打开->电感导通； // PWM 引脚输出低电平->场管关闭->电感截止； // 电感导通时间越长，关闭时输出电压越高。 // 增加 PWM 占空比->增加场管导通的时间->增加电感导通时间->关闭时增加瞬时电压->增加输出电压   void setup() {   // put your setup code here, to run once:   pinMode(potentiometer, INPUT); // 引脚设置为输入   pinMode(feedback, INPUT);      // 引脚设置为输入   pinMode(PWM, OUTPUT);          // 引脚设置为输出   // 引脚3和11,PWM 信号频率：31.37255Hz   TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000001;   Serial.begin(9600); // open the serial port at 9600 bps: }  void loop() {   // put your main code here, to run repeatedly:   // 读取可调电阻电压，即预期电压，   float voltage = analogRead(potentiometer);    // 读取反馈电压来自实际电压，因为使用了1k和8.2k电阻分压，因此，实际电压是反馈电压的10倍   float output = analogRead(feedback);   Serial.print("voltage=");Serial.print(voltage);   Serial.print(",output=");Serial.print(output);    // 如果输出电压低于预期电压，则增加 PWM 信号占空比，增加电感导通时间，增加电感关闭时的电压，提高输出电压   if (output < voltage)   {     pwm = pwm   1;     pwm = constrain(pwm, 1, 254);   }   // 如果输出电压高于预期电压，则降低 PWM 信号占空比，减少电感导通时间，降低电感关闭时的电压，然后降低输出电压   else if (output > voltage)    {     pwm = pwm - 1;     pwm = constrain(pwm, 1, 254);   }    analogWrite(PWM, pwm);    Serial.print(",pwm=");Serial.print(pwm);   Serial.println(); }

程序不停对可调电阻的电压 voltage 输出电压 1/9 output比较，当 voltage < output 时，增大 PWM 当信号占空比时，增加输出电压； voltage > output 降低空比，降低输出电压。

实验步骤

1.在面包板上建电路：

图6-面包板上的基础Arduino升压直流-直流开关电源

2.示波器波形图如下：

图7-基于Arduino升压直流-直流开关电源波动图

可见跟随 PWM 控制信号占空比增加，电感输出电压逐渐增加，最高可达 34.8V。

实验结论

升压直流开关电源利用通电后电感突然断开，开路一侧电压升高。而且通电时间越长，电感断开时瞬时电压越高。

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