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1. 从一个闲置MOS管说起：为什么要自己搭升压电路

手头攒了一堆拆机MOS管和几颗功率电感，放着也是放着，不如拿来搭个升压电路。这个念头我估计很多玩电子的朋友都有过——手头只有3.7V锂电池，但某个模块偏偏要5V甚至12V才能跑起来，买现成的升压模块当然省事，可如果你连它里面到底怎么工作的都说不清楚，出了问题就只能干瞪眼。所以这篇内容就是把我自己从零搭一个简易升压电路的全过程整理出来，包括MOS管怎么选、电感怎么挑、PWM怎么调压，以及我在调试过程中踩过的那些坑。

升压电路的核心思路其实不复杂：电感是个“惯性元件”，电流不能突变，你给它通电它就把电能存进磁场里，你一断电它就把磁场里的能量吐出来。利用这个特性，配合MOS管的高速开关，就能把低电压“泵”到高电压。这个原理在开关电源里叫Boost拓扑，是所有升压电路的基础。你手机里的背光驱动、电瓶车控制器里的辅助电源、甚至某些变频板上的自举升压电路，底层逻辑都是这一套。

这篇文章适合谁看？如果你刚学完模电、知道MOS管有三个极但说不清楚怎么用它做开关、想动手做一个能实际工作的升压电路，那这篇内容就是写给你的。我会从器件选型讲到电路搭建，从PWM信号生成讲到闭环调压，每一步都给出具体的参数和操作过程。不需要你有示波器，但有一台万用表会方便很多。

2. 升压电路的底层逻辑与核心器件选型

2.1 Boost拓扑的工作原理：电感的“倔脾气”怎么被利用

Boost升压电路的基本结构就四个关键器件：电感、MOS管（开关管）、二极管、输出电容。输入电源经过电感接到MOS管的漏极，MOS管的源极接地，二极管从漏极引出接到输出电容和负载。整个工作过程分两个阶段。

第一阶段，MOS管导通。这时候电流从电源正极流经电感，再通过MOS管的漏源极到地，形成一个回路。电感两端电压等于输入电压，电流线性上升，电能以磁场的形式储存在电感里。这时候二极管是截止的，因为MOS管漏极被拉到接近地电位，输出电容上的电压高于这个电位，二极管反偏。负载此时靠输出电容供电。

第二阶段，MOS管关断。电感里的电流不能突变，它会想办法维持原来的电流方向。于是电感感应出一个反向电动势，把漏极电压“顶”上去，直到二极管导通，电流通过二极管流向输出电容和负载。这时候电感把之前储存的能量释放出来，给电容充电、给负载供电。因为电感电压和输入电压叠加在一起，所以输出电压可以高于输入电压。

这个过程的本质就是：MOS管导通时电感储能，MOS管关断时电感释能。输出电压的高低取决于储能和释能的比例，而这个比例由PWM信号的占空比决定。占空比越大，导通时间越长，储能越多，输出电压越高。理想情况下，Boost电路的输出电压等于输入电压除以（1减去占空比）。比如输入3.7V，占空比50%，理论输出就是7.4V。当然实际因为有二极管压降、MOS管导通电阻、电感直流电阻等损耗，输出会低一些。

2.2 MOS管选型：别只看电流电压，这三个参数才是关键

选MOS管的时候，很多人第一反应是看耐压和额定电流，这没错，但远远不够。在升压电路里，MOS管工作在高速开关状态，有三个参数直接决定电路能不能正常工作、效率高不高。

第一个是导通电阻Rds(on)。这个参数决定了MOS管导通时自身消耗多少功率。举个例子，如果电路平均电流是2A，MOS管导通电阻是50毫欧，那导通损耗就是2×2×0.05=0.2W。听起来不大，但如果你选的MOS管导通电阻是200毫欧，损耗就变成0.8W，管子会明显发热。所以选型时在耐压满足的前提下，导通电阻越小越好。常见的低导通电阻MOS管比如IRF3205（8毫欧）、IRLZ44N（22毫欧），都是升压电路里常用的型号。

第二个是栅极电荷Qg。这个参数决定了驱动MOS管需要多少电荷。Qg越大，开关速度越慢，开关损耗越大。在高频PWM驱动下，如果Qg太大而驱动能力不足，MOS管会长时间停留在放大区，发热严重甚至烧毁。一般来说，对于几十千赫兹的PWM频率，选Qg在几十纳库仑以内的MOS管比较合适。

第三个是阈值电压Vgs(th)。这是MOS管开始导通的栅源电压。逻辑电平MOS管（如IRLZ44N）的阈值电压在1V到2V之间，可以直接用3.3V或5V的单片机IO口驱动。标准MOS管（如IRF3205）阈值电压在2V到4V，用5V驱动勉强可以，但导通电阻会偏大。如果你用3.3V单片机，一定要选逻辑电平MOS管，否则MOS管可能根本导通不了，或者导通电阻很大导致发热。

还有一个容易被忽略的参数是寄生电容，包括输入电容Ciss、输出电容Coss和反向传输电容Crss。Crss就是米勒电容，它会在开关过程中产生米勒平台，影响开关速度。米勒效应是MOS管驱动电路设计里绕不开的问题，后面讲驱动的时候会详细说。

2.3 电感选型：饱和电流和直流电阻决定成败

电感是升压电路里最关键的储能元件，选错了整个电路要么效率极低，要么直接不工作。选电感主要看三个参数：电感值、饱和电流、直流电阻。

电感值决定了纹波电流的大小。电感越大，电流纹波越小，但响应速度越慢，体积也越大。对于简易升压电路，电感值一般在10微亨到100微亨之间。我手头正好有一些丝印“4R7”的电感，也就是4.7微亨，这个值偏小，适合频率较高的场合。如果你用50kHz的PWM频率，建议选22微亨到47微亨。

饱和电流是电感的“底线”。一旦电流超过饱和电流，电感量会急剧下降，储能能力骤减，电路效率暴跌，MOS管电流飙升。所以饱和电流必须大于电路的最大峰值电流。峰值电流等于平均电流加上一半的纹波电流。假设输入3.7V，输出5V，负载电流1A，效率80%，那输入平均电流大约是5×1÷3.7÷0.8≈1.69A。如果纹波电流是平均电流的30%，峰值电流就是1.69×1.15≈1.94A。所以电感的饱和电流至少要2A以上，留点余量选3A更稳妥。

直流电阻DCR决定了电感的铜损。DCR越大，电流流过时发热越严重，效率越低。一般选DCR在几十毫欧以内的功率电感。传统铁氧体功率电感的饱和电流参数往往偏低，大电流下容易饱和，所以在大电流场合更推荐一体成型电感或铁硅铝磁环电感。

2.4 二极管和电容：容易被忽视但影响效率的配角

二极管在升压电路里承担续流任务，必须选肖特基二极管，不能选普通整流二极管。原因有两个：一是肖特基二极管正向压降低，一般0.3V到0.5V，而普通硅二极管是0.7V到1V，压降直接吃掉效率；二是肖特基二极管反向恢复时间极短，适合高频开关场合。选型时耐压要大于输出电压，电流要大于最大负载电流。比如输出5V、1A，选SS34（40V/3A）就绰绰有余。

输出电容的作用是平滑输出电压、降低纹波。容值越大，纹波越小，但太大也会影响环路响应。一般选100微法到470微法的电解电容，并联一个0.1微法的陶瓷电容滤高频。电容的耐压要大于输出电压，留20%以上余量。比如输出5V，选10V或16V耐压的电容。

3. 手把手搭建：从原理图到实际电路

3.1 原理图设计与元件清单

先把电路原理理清楚。输入电源正极接电感一端，电感另一端接MOS管漏极和二极管阳极。MOS管源极接输入电源负极（地）。二极管阴极接输出电容正极和负载正极。输出电容负极接负载负极和地。PWM信号从单片机或信号发生器出来，经过栅极电阻接到MOS管栅极，栅极和地之间接一个下拉电阻。

元件清单如下：

栅极电阻选10Ω是有讲究的。太小了栅极充电电流太大，可能损坏单片机IO口或者引起振铃；太大了开关速度慢，开关损耗大。10Ω到22Ω是比较常用的范围。下拉电阻10kΩ确保在没有PWM信号时MOS管可靠关断，避免误导通。

3.2 面包板搭建与关键节点检查

我建议先在面包板上搭一遍，确认电路能工作再焊到洞洞板上。面包板搭建的顺序是：先接电源和地，再接电感、MOS管、二极管、电容，最后接PWM信号线。每一步接完都用万用表检查一下有没有短路。

具体操作：把MOS管插在面包板上，注意三个引脚不要插错。面对MOS管印字面，从左到右一般是栅极G、漏极D、源极S。但不同型号引脚排列可能不同，一定要查数据手册确认。我用的IRLZ44N是TO-220封装，面对印字面从左到右是G、D、S。

电感一端接电源正极，另一端接MOS管漏极。二极管阳极接MOS管漏极，阴极接输出电容正极。输出电容负极接地。栅极电阻一端接MOS管栅极，另一端接PWM信号线。下拉电阻接在MOS管栅极和地之间。

接完之后先不接PWM信号，用万用表测一下输入和输出之间有没有短路。正常应该没有直接通路，因为MOS管默认关断，二极管反偏。然后接上电源，测输出电压，应该接近输入电压减去二极管压降，因为此时电路没有开关动作，电感就是一根导线，输入电压通过电感和二极管加到输出。如果输出电压为零，检查二极管方向是不是接反了。

3.3 PWM信号生成：频率和占空比怎么定

PWM信号可以用单片机生成，也可以用NE555搭一个。我用的是STM32，配置TIM1的通道1输出PWM，频率设为50kHz，占空比先设50%。为什么选50kHz？因为频率太低电感会发出啸叫声，频率太高开关损耗大。20kHz到100kHz是比较合适的范围，50kHz居中，既听不到啸叫，开关损耗也可以接受。

占空比的计算前面说过，理想情况下Vout=Vin/(1-D)。输入3.7V，想要输出5V，那1-D=3.7/5=0.74，D=0.26，也就是26%的占空比。但实际因为有损耗，占空比需要比理论值大一些。我一般从30%开始调，用万用表监测输出电压，慢慢增加占空比直到输出电压达到目标值。

这里有个关键点：占空比不能超过80%。占空比太高，MOS管导通时间太长，电感储能太多但释放时间太短，输出电压反而上不去，而且MOS管和电感电流会非常大，容易烧器件。所以调试时占空比从20%开始，逐步增加，同时监测输入电流和MOS管温度。

3.4 上电调试：第一次通电要注意什么

第一次通电建议用可调电源，限流设小一点，比如500mA。这样即使电路有问题也不会烧器件。通电后先看输入电流，如果电流很大（超过限流值），说明有短路，立刻断电检查。如果电流正常，测输出电压。

我第一次通电时输出电压只有3.2V，比输入还低。检查发现是MOS管没导通，因为PWM信号幅度只有3.3V，而IRLZ44N虽然标称逻辑电平，但在3.3V驱动下导通电阻还是偏大。后来把PWM信号幅度提高到5V，输出电压立刻上去了。所以如果你用3.3V单片机驱动MOS管，最好加一级电平转换或者用专门的栅极驱动芯片。

调压的时候用万用表监测输出电压，同时用手摸MOS管和电感，如果烫手说明效率太低或者电流太大。正常情况下MOS管和电感应该只是微温。如果发热严重，检查PWM频率是不是太低、电感是不是饱和了、MOS管驱动是不是不足。

4. PWM调压技巧与效率提升实战

4.1 开环调压：占空比与输出电压的关系曲线

开环调压就是固定PWM频率，只改变占空比，观察输出电压的变化。我实测了一组数据，输入3.7V，电感47μH，负载10Ω，PWM频率50kHz：

可以看到实测输出始终低于理论值，而且占空比越高差距越大。这是因为损耗随着电流增大而增加。二极管压降、MOS管导通电阻、电感直流电阻都在吃掉能量。所以如果你需要精确的输出电压，开环控制是不够的，必须加反馈。

4.2 闭环调压：用ADC采样和PID算法稳住输出

闭环调压的思路很简单：用单片机的ADC采集输出电压，和设定值比较，根据差值调整PWM占空比。差值大就多调一点，差值小就少调一点，这就是PID控制的基本思想。

我用的简化版比例控制：每10毫秒采样一次输出电压，计算误差error=设定值-实测值，然后占空比调整量=Kp×error。Kp取0.01左右比较合适。比如设定5V，实测4.8V，误差0.2V，占空比增加0.002，也就是0.2%。这样慢慢逼近，不会震荡。

调试PID的时候先把Kp调小，观察输出电压能不能稳定。如果震荡就减小Kp，如果响应太慢就增大Kp。积分项和微分项在简易应用里可以先不加，比例控制已经能把输出电压稳定在±0.1V以内。

这里有个坑：ADC采样的时候要避开MOS管开关瞬间的噪声。我一开始没注意，ADC读数跳动很大，导致占空比乱调。后来在ADC采样前加了一个简单的软件滤波，连续采10次取平均值，读数就稳定了。硬件上也可以在输出电容旁边并联一个0.1μF陶瓷电容，滤掉高频噪声。

4.3 效率提升：从70%到85%的几个关键改动

我最初搭的电路效率只有70%左右，输入3.7V、输出5V、负载1A的时候，输入电流达到1.93A，算下来效率只有70%。后来做了几个改动，效率提升到85%以上。

第一个改动是换低导通电阻的MOS管。原来用的IRF540N导通电阻44毫欧，换成IRLZ44N的22毫欧，导通损耗直接减半。如果你有导通电阻更低的管子，比如IRF3205的8毫欧，效果更明显。

第二个改动是换低DCR的电感。原来用的工字电感DCR有200多毫欧，换成一体成型电感DCR只有30毫欧，铜损大幅降低。电感选型的时候一定要看DCR参数，别只看电感值和饱和电流。

第三个改动是提高PWM频率到100kHz。频率提高后，电感可以选小一点，纹波电流也小，输出电容可以小一点。但频率提高会增加开关损耗，所以需要配合更好的MOS管驱动。我在栅极电阻上并联了一个二极管（阴极朝栅极），加速MOS管关断，减少开关损耗。

第四个改动是在二极管两端并联RC吸收电路。二极管反向恢复时会产生电压尖峰，不仅增加损耗，还可能击穿二极管。并联一个100Ω电阻和100pF电容串联的网络，吸收尖峰，效率能提升2到3个百分点。

4.4 常见问题速查表

5. 进阶玩法：从简易升压到实用电源

5.1 自举升压：让MOS管驱动更可靠

前面提到MOS管驱动不足会导致发热，解决方法是加栅极驱动芯片或者用自举电路。自举升压的原理是利用电容储能，在MOS管关断期间把驱动电压“抬”到高于输入电压的水平，确保MOS管充分导通。很多变频板上的自举升压电路就是这个思路，用一个小电容和二极管，配合PWM信号，就能把驱动电压提升到10V以上。

具体做法：在栅极电阻和MOS管栅极之间加一个自举电容（比如1μF）和一个自举二极管（比如1N4148）。自举二极管阳极接驱动电源正极，阴极接自举电容正极。自举电容负极接MOS管源极。这样当MOS管关断时，驱动电源通过自举二极管给自举电容充电；当MOS管导通时，自举电容上的电压叠加在驱动信号上，使栅极电压高于源极电压，保证MOS管充分导通。

5.2 耦合电感T型等效：理解电感耦合对电路的影响

如果你用两个电感耦合在一起，就构成了耦合电感。耦合电感在升压电路里可以用来实现更高的升压比或者更好的效率。耦合电感的T型等效模型是把两个耦合电感等效成三个电感：两个漏感和一个励磁电感。励磁电感储存能量，漏感影响开关瞬间的电压尖峰。

理解这个模型对设计升压电路很有帮助。比如你发现MOS管关断时电压尖峰很大，可能就是漏感太大。解决方法可以是减小漏感（用耦合更紧的电感），或者加吸收电路。励磁电感公式Lm=k×√(L1×L2)，其中k是耦合系数。耦合系数越接近1，励磁电感越大，储能能力越强。

5.3 从升压电路到恒流源：运放加MOS管的玩法

升压电路加上电流采样电阻和运放，就能变成恒流源。思路是在负载回路里串一个采样电阻，用运放放大采样电阻上的电压，和设定值比较，输出控制PWM占空比。这样无论负载电阻怎么变，输出电流都恒定。

这个玩法在驱动LED的时候特别有用。LED需要恒流驱动，用升压电路加恒流控制，就能用3.7V锂电池点亮多颗串联的LED。运放选轨到轨的，比如LM358，MOS管选逻辑电平的，采样电阻选0.1Ω/1W的。调试的时候先调恒流值，再调升压比，确保在整个负载范围内都能正常工作。

5.4 电感选型的进阶知识：饱和电流与温度的关系

电感的饱和电流不是固定值，它随温度升高而降低。比如一个标称3A饱和电流的电感，在80℃时可能只有2.4A。所以如果你的电路工作环境温度较高，选电感时要留更大的余量。一般建议饱和电流至少是最大峰值电流的1.5倍。

另外，电感的DCR也随温度升高而增大，铜的电阻温度系数是0.4%/℃。温度从25℃升到100℃，DCR增加30%。这意味着高温下铜损更大，效率更低。所以大电流场合最好选DCR小的电感，并且注意散热。

6. 我在调试中踩过的坑与个人经验

第一个坑是MOS管栅极悬空。有一次我忘了接下拉电阻，PWM信号没输出的时候MOS管栅极悬空，结果MOS管误导通，输入电源直接通过电感和MOS管短路，电流飙升，幸好电源有限流保护。从那以后我每次都会检查下拉电阻。

第二个坑是电感饱和。我用了一个标称2A的电感，结果电路工作电流1.5A的时候电感就饱和了，电感量骤降，MOS管电流飙升，效率从80%掉到50%。后来换了一个3A饱和电流的电感，问题解决。所以电感的饱和电流一定要留足余量。

第三个坑是二极管反向恢复。一开始我用的是普通整流二极管，结果效率很低，而且二极管发热严重。换成肖特基二极管后效率立刻提升。肖特基二极管的反向恢复时间极短，几乎可以忽略，特别适合高频开关场合。

第四个坑是ADC采样噪声。闭环调压的时候，ADC读数跳动导致占空比乱调，输出电压震荡。后来在软件里加了滑动平均滤波，连续采10次去掉最大最小值再取平均，读数就稳定了。硬件上在ADC输入端加RC低通滤波也有帮助。

第五个坑是PWM频率与电感啸叫。一开始我用10kHz的PWM频率，电感发出明显的啸叫声。后来提高到50kHz，啸叫消失。人耳能听到的声音频率范围是20Hz到20kHz，所以PWM频率要避开这个范围，一般选20kHz以上。

最后分享一个小技巧：调试升压电路的时候，用示波器看MOS管漏极波形是最直观的。正常的波形应该是方波，上升沿和下降沿有轻微振铃。如果波形上升沿很慢，说明驱动不足；如果振铃很严重，说明漏感太大或者吸收电路没调好。没有示波器的话，用万用表的频率档测漏极电压的频率，也能判断电路有没有正常工作。

这个电路后续还可以扩展成多路输出，比如一路5V一路12V，用两个电感两个MOS管分别控制。也可以加上电压电流显示，用一个小屏幕实时监测。如果你对效率要求更高，可以把二极管换成同步整流MOS管，效率能再提升5到10个百分点。