3274
上一篇文章（我与电源二三事 之 降本增效）中讲到，我从LM7805 开始 接触电子设计，后来，随着对更高耐压，更高电流及功率的需求，不断的接触更先进的，效率更高，功率密度更大的电源方案，从线性稳压器到 DCDC 的Buck 电路。从最初 DCDC的异步开关模式转到使用同步开关模式。
这里要对线性稳压器再说一点。
在线性稳压器中，输入输出电压压差比较大的IC，内部的开关管一般选用NPN的三极管或者 NMOS， 而在一些 LDO 中，也就是低压差的线性稳压器中往往会选用 PNP 或者 PMOS。
这要从线性稳压器的原理图中分析，我们先看一个选用 NPN 管的线性稳压器。
从上图中，我们可以计算出，如果想要 NPN 三极管能够工作起来，就需要
Vin - Vout ≥ Rin*Iin + 2Vbe
而对于 NMOS 管的线性稳压器来说，需要的MOS 管的导通条件为：
Vin - Vout ≥ Rin * Iin + Vgs
我们粗略的估算一下这个式子，假设Rin＝1kΩ, Iin＝1mA，Vbe＝0.7V，VGS＝1.2V。这种情况下，我们如果想要输出一个 5V 的电压，使用 NPN 三极管方案的输入电压至少需要 7.4V，而使用 NMOS 的线性稳压器方案的输入电压至少需要 7.2V。
那么，我们想要实现更低压差的稳压器，就需要选用相对应的 PNP 三极管或者 PMOS，如下图原理所示。
当我们将控制管换成 PNP 和 PMOS，我们就不需要一个比输出更高的电压来驱动开关管，因此，这种LDO稳压器的最小压差由集电极-发射极电压（Vce）和漏源电压（Vds＝Rdson×Id） 来决定。此时的压差就可以做的更小。
当然，我们还可以进一步压低这个压差，那就是选择制造工艺更具优势的 NMOS 作为开关，然后在外面单独设计一个高压电源来驱动。
这个原理看起来似曾相识，没错，之前我有一篇文章讲过，为什么 DCDC 总有一个升压电容。
我们终于谈到升压了！
谈到升压电路必然绕不开和 buck 对应的 boost 电路，不过这个确实也是老生常谈了，它的电路架构和 Buck 非常的相似，不仔细看都不一定看得出来，下图中，左边是 buck，右边是 boost。
它是把我们 buck 的储能电感放到了前面，管子，电感，二极管这铁三角旋转了 90 度，这样一来就形成了升压电路。不过我今天要聊的是一些特别的升压电路。
我遇到的第一个升压应用是驱动看电影用的LCD镜片，那些年3D 电影很火热，开始还是使用红蓝光的眼镜，后来就出现了可以电驱动的主动式 LCD 镜片，现在影院里面用的似乎都是偏振片了。
这里的 LCD 镜片可以通过一个高压驱动变透明，反过来又可以变暗，忘记对应关系了，总之正反电压可以控制镜片的透光度。
我们用这个亮暗交替的镜片来观测直升机螺旋桨的速度，其原理是调节镜片亮暗的频率，达到人眼透光镜片可以看到静止的桨叶，这样桨叶的旋转速度就刚好和亮暗的频率成一个倍数关系，直升机的螺旋桨的速度是在一个范围内，因此可以推断出桨叶的旋转速度。
这里咱重点说 LCD 镜片需要的这个高压。
因为我们做的是一个便携设备，供电电池使用的是纽扣电池，且只有一个，也就是只有一个 3V，可我系统中需要的是±9V 啊，似乎没有什么设计可以难倒工程师，我搜到了下面这样的电路：
假如我们有一个可以高低电平输出的电压信号，就如图中，在正半周期，我们把电压加载电路上，电流如①号红色箭头所示，它在给电容 C1 进行充电，此时电容 C1 上积累电荷产生与电压源相等的电压。
接下来，我们开始下半周期，如图中②号所示的橙色箭头所示，我们的电压源将叠加上 C1 的电压一起通过二极管 D2 给电容 C2 进行充电，如果我们这时候用万用表测量 C2 两端的电压，那么我们会得到一个输入电压源电压 2 倍的电压。
这就是二极管的倍压电路原理，我们利用这个电路串上两级就拿到了一个 10V 左右的电压。
这套电路可以通俗的理解为，我用一个电源给一堆挨个的充电，充电完成后再迅速的把他们串起来，从而获得一个高压，不过这个高压电源的持续电流很小，毕竟没有电感。
其实这样的巧妙说法在近两年的手机中也被应用，就是我们国内手机厂商竞相争霸的快充技术。
因为手机的充电线不能太粗，太粗不方便啊，所以就注定了，我们的充电线上不能流过太大的电流，但是我们想获得更大的功率怎么办呢？
只能加大电压，所以我们的 快充从 5V 到 9V，12V，15V，20V，再到最近的 PD3.0 里面直接上到 48V，这跟我们国家的国家电网的高压输电线是一个道理。
但是如果我们在内部在弄一个降压电路，对于手机这种巴掌大的设备，空间占用的实在有些奢侈，于是我们还是利用电容，反过来，我们先用高压给所有电容串起来充满，然后再迅速的让他们并联在一起提供足够大的电流。
我第二次遇到升压电路也很有意思，在我所涉及的电路板中，有两个电池一同供电，我需要能够分别控制电池进行供电，同时还需要避免两个电池互相充电，因为两个电池会有差异，久而久之就会出现电量不一致的情况。
这里我使用了两个 NMOS 管并联在母线的高边，然后企图对这两个 NMOS 的栅极进行控制。
这个电路看起来其实非常简单，就是通过两个超级大的二极管把两个电源引入进来做备份，只是二极管这里换成 MOS 管，可以降低管压降减小损耗，提供足够的电流能力。
但是，我们要想控制这两个 MOS 管，就需要在 MOS 管的 Vgs 上面给一个10V 左右的电压，这可是要在整个系统的供电电压上再加 10V。很多人可能首先想到的就是加一个 boost 电路来实现，可是一个 boost 电路需要一个 IC，一个电感，还有若干个电容才能实现，成本不低。
还有朋友想到了倍压电路，其实可以实现，但是也会很复杂，得找合适的电压去倍，且电池的电压是浮动的，我的电池是 14 串锂电池，最低电压是 42V，最高要到 58.8V 了，肯定倍不准。
通过我对 DCDC 电路的研究，终于让我找到了一个既便宜又好用的方法，那就是利用 DCDC 的 Controller，它内置了 MOS 以后，会在输出引脚上有一个高频的方波，且这个波形的赋值正好是系统电压。我们只需要在这个电压上增加 10V 左右就可以了。
这个 10V 在我们的大多数电路板上都有，因为我们大多数电路板的拓扑都是从一个高压先降压到 12V，再到 5V，3.3V，所以我们就再利用这个 12V 就可以实现一个比系统电压高 12V 的电压，正好用于驱动母线上的这两个 MOS 管。
而对于成本，我们只需要几个二极管和电容就可以了。
需要了解和探讨更多电路详情和电路分析的朋友
可以领取优惠券加入我的星球哈。
下载ECAD模型
