555计时器升压转换器不符合规格

我最近一直在缠着数码管，这需要高压电源（〜150V-200V）才能打开。

我到处搜寻了一个简单的高压发生器，发现该电路使用555定时器来获得170V至200V之间的可调，稳压高压输出。

我得到了所有零件，并在面包板上制作了原型。插入9V电池并绝对确定它不会在我的脸部爆炸后（例如，意外地向后装上一个盖子），我测量了输出电压，并在没有负载的情况下获得了不错的210V输出，并调整了微调电位器，以提供最大电压。

不幸的是，当我连接数码管时，电压就下降到约170V。我精确测量了有多少电流流过，发现该配置的效率仅为15％。该电路在没有负载的情况下在输入上消耗约100mA的电流！数码管本身在170V时汲取约0.8mA的电流，而输入则汲取约120mA的电流。

我将其归结为由于切换效率低下而造成的损失（我确实将其布置在试验板上），所以我花了一个下午的时间制作PCB版本，同时仔细遵循我能找到的任何SMPS PCB布局指南。我最终用一个额定为400V的电容器替换了输出电容器C4，因为250V仍将其切得太近了。我还使用了陶瓷盖，而不是使用说明中建议的薄膜盖。

但是，效率仍然没有显着差异。

我还注意到，输出电压似乎与输入电压成正比变化。在9V时，负载时电压将接近170V，而在8V时负载将达到140V。

所以现在，我开始认为我要么错过了一些显而易见的东西，要么这种升压转换器电路有点糟。不用说，我可能会研究其他更有效的设计，但我仍然很想发现该电路为何如此运行。

我想连接负载时的电压降可以通过以下事实来解释：555没有为开关产生足够长的占空比，因此没有足够的功率传递到输出。

与输入电压成比例的输出电压变化可能是由于缺少稳定的参考电压而引起的。反馈环路使用输入电压作为参考，因此更像是稳压电压“倍增器”。

但是我仍然不知道没有负载时从输入端汲取的100mA电流会流向何处。根据数据表，555个定时器消耗的电流很小。反馈分压器当然不会拉得那么近。所有输入功率都去哪儿了？

tl; dr有人可以解释或帮助我了解为什么该电路很烂吗？

仅对MOSFET的栅极充电和放电就需要将近2 mA。您还浪费了R1中的5 mA电流，因为它通过引脚7接地的时间大约是一半。您的电压反馈分压器从高压轨汲取大约1 mA的电流，在输入端转换为20 mA以上的电流。

使用555驱动大型MOSFET时存在一个问题：555的有限输出电流意味着MOSFET无法从全关快速切换到全开并再次切换。它在过渡区域中花费大量时间（相对而言），在该区域中，它会耗散大量输入功率，而不是将其传递给输出。MOSFET的栅极总电荷为63 nC，而555的最大输出电流约为200 mA，这意味着对栅极充电或放电至少需要63 nC / 200 mA = 315 ns。如果您使用的是CMOS 555，则输出电流要小得多，开关时间也相应更长。

如果在555和MOSFET之间添加一个栅极驱动器芯片（能够提供1-2A的峰值电流的栅极驱动器芯片），则会发现整体效率显着提高。真正的升压控制器芯片通常会内置此类驱动器。

如果您真的想开发开关模式电源转换器，则绝对需要安装示波器，以便您自己查看这些效果。

该调节器的设计也由于另一个原因而显得cr脚。通过改变开关元件的占空比来调节通过升压模式转换器的功率。在该电路中，通过使用晶体管下拉555的控制电压节点来创建反馈，从而降低了上限开关阈值。但是，由于555的构造方式，这也将较低的开关阈值降低了一定比例。这意味着随着输出电压升高，占空比的变化要比您原本想的要小得多。它对输出脉冲的频率影响更大，但这无关紧要。同样，切换到合适的升压控制器芯片将解决此问题。

顺便说一下，电路的“调节器”部分没有使用输入电压作为参考，而是使用Q1的BE结的正向电压作为参考。

正如Spehro所指出的那样，在一个开关频率为30 kHz的情况下，一个100 µH电感器-标称导通时间= 16 µs-带有9V电源将达到1.44 A的峰值电流。这确实在滥用9V电池，更不用说电感器和MOSFET 的I ² R损耗。这也令人不舒服地接近电感器的饱和电流，这只会加剧损耗。

对于较低的开关频率和输入电压，该电感器的值相当小-确保您使用的电感器不会在几安培下达到饱和。

如果导通时间约为20微秒，并且电感从零开始，它将达到几安培（包络线后猜测）。

我怀疑如果您使用CMOS 555（例如）以两倍的频率（将上限降低到1nF）和更好的电感器来尝试，则可能会看到效率的显着提高。

戴夫（Dave）很好地指出了该电路的坚固程度，似乎是通过省略电阻器，电容器，更换二极管等方法从该电路中得出的。该页面对电路进行了解释，作为上电的项目数码相机。http://www.dos4ever.com/flyback/flyback.html

我一直在尝试类似的电路，我认为这里的主要问题是单个Nixie上的0.8mA电流不足以使该电路特别有效：

• 正如其他人指出的那样，该555控制电路的“固定成本”相对较高，是不可避免的。
• 但是增加电流或驱动多个数字，情况会很快好转。
• 例如以0.39mA的电流驱动IN-14，我看到11％的效率，但是将其提高到2mA，效率上升到22.2％

要记住的另一个因素是FET上的R3 / C3缓冲器：

• 虽然它确实减少了电感上的振铃，但我看不到对输出有任何有意义的影响，因此可以说它在此应用中无用
• 但确实会带来效率成本（与电容成比例）
• 所选的100pF /2.2kΩ值可能大约是最佳值-这将显着抑制振铃，并且效率可能仅为1-2％。但是，如果将其降低到30pF甚至完全排除缓冲器，您可能有兴趣比较结果。