电气工程boost斩波电路升压斩波电路电力电子技术课程设计.doc

word目录摘要- 1 -1 BOOST斩波电路工作原理- 2 -- 2 -- 2 -2 硬件调试- 4 -- 4 -2.2升压〔boost〕斩波电路主电路设计- 5 -- 6 -- 10 -- 11 -- 11 -- 13 -- 13 -3总结- 15 -4参考文献- 16 -直流斩波电路的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器〔DC/DC Converter〕，直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多：降压斩波电路，升压斩波电路，这两种是最根本电路另外还有升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路斩波器的工作方式有：脉宽调制方式〔Ts不变，改变ton〕和频率调制方式〔ton不变，改变Ts〕本设计是基于SG3525芯片为核心控制的脉宽调制方式的升压斩波电路和降压斩波电路，设计分为Multisim仿真和Protel两大局部构成Multisim主要是仿真分析，借助其强大的仿真功能可以很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图，通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，利用软件自带的电表和示波器能直观的分析各种输出结果。

第二局部是硬件电路设计，它通过软件设计完成关键字：直流斩波；PWM；SG3525 / 1 BOOST斩波电路工作原理1.1 主电路工作原理本实验主电路是直流升压斩波电路即boost斩波电路图1-1 直流升压斩波电路原理图直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合，其理图如图1-1所示在电路中V导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当V关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向一样互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断V导通是，电容的放电回路调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小负载侧输出电压的平均值为: 〔1-1〕式中T为V开关周期,为导通时间，为关断时间升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住在以上分析中，认为V处于通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，根本可以忽略1.2 控制电路选择控制电路选用SG3525产生脉冲，再利用TLP250作为驱动，最终利用MOSFET管来实现对主电路的控制，最终电路如图1-2、图1-3所示。

图1-2 SG3525脉冲产生电路图1-3 TLP250脉冲驱动电路2 2 硬件调试2.1 电源电路设计本课设采用的是电容滤波的单相桥式不可控整流电路，常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普与的微机、电视机等家电产品中其工作原理图如下：图 2-1a电容滤波的单相桥式不可控整流电路与其工作波形³主要的数量关系〔以电阻负载为例〕：1〕输出电压平均值整流电压平均值Ud 可根据输出波形与有关计算公式推导得出，但推导繁琐空载时，重载时， Ud 逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性通常在设计时根据负载的情况选择电容C 值，使，T 为交流电源的周期，此时输出电压为： Ud≈ 1.2 U2 图 2-1b 电容滤波的单相不可控整流电路输出电压与输出电流的关系2〕电流平均值输出电流平均值为：二极管电流iD 平均值为：3〕二极管承受的电压：2.2 升压〔boost〕斩波电路主电路设计1〕升压斩波电路的原理图如下列图：图 2-2a 升压斩波电路原理图图2-2a中假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为EI1ton；V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。

设V断的时间为toff，如此此期间电感L释放能量为稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等化简得：〔1〕，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路也称之为boost变换器表示升压比，调节其大小即可改变Uo将升压比的倒数记作β，即β和导通占空比α有如下关系： 〔2〕因此，式〔1〕可表示为 〔3〕升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：L储能之后具有使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持住2〕主电路工作原理图 2-2b 主电路工作原理图其中示波器观察控制电路输出脉冲的宽度和幅值，电压表分别用来测电源、MOSFET、负载的电压直流电源需通过电源电路变压整流获得；PMW波由基于SG3525的控制电路产生，以控制MOSFET的通断其工作原理已在上面说过2.3 控制电路设计随着电能变换技术的开展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用为此，美国硅通用半导体公司推出了SG3525，以用于驱动N沟道功率MOSFETSG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠与使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。

控制电路需要实现的功能是产生PWM信号，用于可控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比α的调节，达到控制输出电压大小的目的此外，控制电路还具有一定的保护功能我们采取的是由电压调节芯片SG3525为核心组成的控制电路SG3525 的管脚如下列图图 2-3a SG3525管脚图±1％〕V，而且设有过流保护电路脚5，脚6，脚7 内有一个双门限比拟器，内电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525 的振荡器振荡器还设有外同步输入端(脚3)脚1 与脚2 分别为芯片内误差放大器的反相输入端、同相输入端根据系统的动态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9 和输入脚1 之间一般要添加适当的反应补偿网络各管脚具体功能如下：1 脚：误差放大器的反相输入端； 2 脚：误差放大器的同相输入端； 3 脚：同步信号输入端， 同步脉冲的频率应比振荡器频率fs要低一些；4 脚：振荡器输出； 5 脚：振荡器外接电容CT端，振荡器频率fs＝1/CT〔0.7RT+3R0〕,R0为5脚与7脚之间跨接的电阻，用来调节死区时间，定时电容X围为0.001～0.1 μF； 6 脚：振荡器外接定时电阻RT端，RT值为2～150 kΩ； 7 脚：振荡器放电端，用外接电阻来控制死区时间，电阻X围为0～500 Ω； 8 脚：软启动端，外接软启动电容，该电容由内部Vref的50μA恒流源充电； 9 脚：误差放大器的输出端； 10脚：PWM信号封锁端，当该脚为高电平时，输出驱动脉冲信号被封锁，该脚主要用于故障保护； 11脚：A路驱动信号输出； 12脚：接地； 13脚：输出集电极电压； 14脚：B路驱动信号输出； 15脚：电源， 其X围为8～35 V，通常采用+15V； 16脚：内部＋5 V基准电压输出。

SG3525芯片内部结构如下列图图 2-3b SG3525内部结构图SG3525芯片内部集成了精细基准电源、误差放大器、带同步功能的振荡器、脉冲同步触发器、图腾柱式输出晶体管、PWM比拟器、PWM锁存器、软启动电路、关断电路和欠压锁定电路 ±1%，由于基准电压值在误差放大器的输入共模X围内，因此，无须外接电阻SG3525可以工作在主从模式，也可以与外部时钟同步通过CT端(引脚⑤) 与放电端之间的电阻可以设置死区时间 SG3525采用电压模式控制方式，工作原理波形如图3—11所示振荡器输出的时钟信号触发PWM锁存器(Latch)，形成PWM信号的上升沿，使主电路的开关器件开通误差放大器的输出信号与振荡器输出的三角波信号相比拟，当三角波的瞬时值高于误差放大器的输出时，PWM比拟器翻转，触发PWM锁存器，形成PWM信号的下降沿，使主电路的开关器件关断F/F触发器用作分频器，将PWM锁存器的输出分频，得到占空比为0.5、频率为振荡器频率一半的方波 1. 软启动 SG3525的软启动电容接入端(引脚⑧) 上通常接一个5μF的软启动电容充电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此，与软启动电容接入端相连的PWM比拟器反相输入端处于低电平，PWM比拟器输出为高电平。

此时，PWM锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通只有当软启动电容的充电电压使引脚⑧处于高电平时，SG3525才能开始工作 2. 关断操作 通过引脚⑩(关断端)来关闭SG3525的输出当引脚⑩上的信号为高电平时，可以实现两个功能： PWM锁存器立即动作，同时软启动电容开始放电放电电流只有 150μA，如果关断信号为短暂的高电平，PWM信号将被中止，但此时软启动电容没有明显的放电过程利用这个特点，可以很容易地实现逐个脉冲限幅但是，如果引脚⑩ 上的高电平维持较长的时间，软启动电容将充分放电，当关断信号完毕时，将进入软启动过程特别要注意的是引脚⑩不应悬空，因为从该脚耦合进来的噪音信号将影响电路的正常工作 也可以用补偿和软启动引脚来关断SG3525的输出由于补偿和软启动引脚内部都有上拉电流源，当外部电路有下拉信号时，最大只需吸收100μA的电流就可关断输出 图 2-3c SG3525脉冲图3. 振荡器 在直流降压斩波电路中可以通过调节2脚接的电阻值改变输出脉冲信号的占空比1、9脚短接形成反应，控制2脚经可调电阻器接5V电压即可本设计取CT=4700pF，RT=3．3kΩ，RD=100Ω，经计算振荡器输出频率是90kHz，PWM输出频率定为45kHz。

直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源振荡器脚5须外接电容CT，脚6须外接电阻RT振荡器频率由外接电阻RT和电容CT决定，振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器与两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比拟器的同相输入端，比拟器的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比拟器中进展比拟，输出一个随误差放大器输出电压上下而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波双稳态触发器的两个输出互补，交替输出上下电平，将PWM脉冲送至三极管VT1与VT2的基极〔由脚11和脚14输出〕，锯齿波的作用是参加死区时间，保证VT1与VT2不同时导通最后，脚11与脚14分别输出相位相差为180°的PWM波在本设计选用的MOSFET是IRF640，它由脉冲发生器产生的PWM信号驱动下面是采用SG3525设计的控制电路图 2-3d 基于SG3525的控制电路2.4 驱动电路设计由于SG3525所产生的脉冲不足以驱动MOSFET管工作，还需要采用已TPL250为主控芯片的光耦驱动电路图2-4 基于TPL250的控制光耦驱动电路2.5 保护电路设计2.5.1 过压保护电路过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，参加不同的保护电路，当达到—定电压值时，自动开通保护电路，所以可分为主电路器件保护和负载保护。

2.5.1.1 主电路器件保护当达到—定电压值时，自动开通保护。