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boost电路设计介绍

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BOOST电路设计介绍

0 引言

在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计,对于较大的功率输出,如70W以上的DC/DC升压电路,由于专用升压芯片内部开关管的限制,难于做到大功率升压变换,而且芯片的价格昂贵,在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大,选择合适的控制芯片,便可设计出大功率输出的DC/DC 升压电路。

UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片,价格低廉,广泛应用于电子信息设备的电源电路设计,常用作隔离回扫式开关电源的控制电路,根据UC3842的功能特点,结合Boost拓扑结构,完全可设计成电流型控制的升压DC/DC电路,且外接元器件少,控制灵活,成本低,输出功率容易做到100W以上,具有其他专用芯片难以实现的功能。

1 UC3842芯片的特点

UC3842工作电压为16~30V,工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器;一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构,特别适用于MoSFET的驱动;一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器;具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器,最大占空比可达100%。另外,具有内部保护功能,如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。

由UC3842设计的DC/DC升压电路属于电流型控制,电路中直接用误差信号控制电感峰值电流,然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是:

1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化,电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化,改善了瞬态电压调整率;

2)电流型控制检测电感电流和开关电流,并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较,控制PWM脉宽,由于电感电流随误差信号的变化而变化,从而更容易设置控制环路,改善了线性调整率;

3)简化了限流电路,在保证电源工作可靠性的同时,电流限制使电感和开关管更有效地工作;

4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿,因为,平均电感电流大小是决定输出大小的因素,在占空比不同的情况下,峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应,特别是占空比,50%的不稳定性,存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差,即使占空比<50%,也可能发生高频次谐波振荡,因而需要斜坡补偿,使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致,但是,同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。

2 Boost电路结构及特性分析

2.1 由UC3842作为控制的Boost电路结构

由UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。

图2中输入电压Vi=16~20V,既供给芯片,又供给升压变换。开关管以UC3842设定的频率周期开闭,使电感L储存能量并释放能量。当开关管导通时,电感以V1/L的速度充电,把能量储存在L中。当开关截止时,L产生反向感应电压,通过二极管D把储存的电能以(Vo-Vi)/L的速度释放到输出电容器C2中。输出电压由传递的能量多少来控制,而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。

整个稳压过程由二个闭环来控制,即

闭环1 输出电压通过取样后反馈给误差放大器,用于同放大器内部的2.5V基准电压比较后产生误差电压,误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。

闭环2 Rs为开关管源极到公共端间的电流检测电阻,开关管导通期间流经电感L的电流在Rs上产生的电压送至PwM比较器同相输入端,与误差电压进行比较后控制调制脉冲的脉宽,从而保持稳定的输出电压。误差信号实际控制着峰值电感电流。

2.2 Boost升压结构特性分析

Boost升压电路,可以工作在电流断续工作模式(DCM)和电流连续工作模式(CCM)。CCM工作模式适合大功率输出电路,考虑到负载达到lO%以上时,电感电流需保持连续状态,因此,按CCM工作模式来进行特性分析。

Boost拓扑结构升压电路基本波形如图3所示。

ton时,开关管S为导通状态,二极管D处于截止状态,流经电感L和开关管的电流逐渐增大,电感L两端的电压为Vi,考虑到开关管S漏极对公共端的导通压降Vs,即为Vi-Vs。ton时通过L的电流增加部分△ILon满足式(1)。

式中:Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs上的压降之和,约0.6~0.9V。

toff时,开关管S截止,二极管D处于导通状态,储存在电感L中的能量提供给输出,流经电感L和二极管D的电流处于减少状态,设二极管D的正向电压为Vf,toff时,电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi,电流的减少部分△ILoff满足式(2)。

式中:Vf为整流二极管正向压降,快恢复二极管约0.8V,肖特基二极管约0.5V。

在电路稳定状态下,即从电流连续后到最大输出时,△ILon=△ILoFf,由式(1)和(2)可得

如果忽略电感损耗,电感输入功率等于输出功率,即

由式(4)和式(5)得电感器平均电流

同时由式(1)得电感器电流纹波

式中:f为开关频率。

为保证电流连续,电感电流应满足

考虑到式(6)、式(7)和式(8),可得到满足电流连续情况下的电感值为

另外,由Boost升压电路结构可知,开关管电流峰值Is(max)=二极管电流峰值Id(max)=电感器电流峰值ILP,

3 样机电路设计

样机的电路图如图2所示,是基于UC3842控制的升压式DC/DC变换器。电路的技术指标为:输入Vi=18V,输出Vo=40V、Io=2A,频率f≈49 kHz,输出纹波噪声1%。

根据技术指标要求,结合Boost电路结构的定性分析,对图2的样机电路设计与关键参数的选择进行具体的说明。

3.1 储能电感L

根据输入电压和输出电压确定最大占空比。由式(4)得

当输出最大负载时至少应满足电路工作在CCM模式下,即必须满足式(9),

同时考虑在10%额定负载以上电流连续的情况,实际设计时可以假设电路在额定输出时,电感纹波电流为平均电流的20%~30%,因增加△IL可以减小电感L,但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容C2,取30%为平衡点,即

L可选用电感量为140~200μH且通过5A以上电流不会饱和的电感器。电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。电路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大,材质好的磁芯如环形铁粉磁芯,承受峰值电流能力较强,EMI低。而选用线径大的导线绕制电感,能有效降低电感的温升。

3.2 输出电压取样电阻R1、R2

因UC3842的脚2为误差放大器反向输入端,芯片内正向输入端为基准2.5v,可知输出电压Vo=2.5(1+R1/R2),根据输出电压可确定取样电阻R1、R2的取值。

由于储能电感的作用,在开关管开启和关闭时会形成大的尖峰电流,在检测电阻Rs上产生一个尖峰脉冲,为防止造成UC3842的误动作,在Rs取样点到UC3842的脚3间加入R、C滤波电路,R、C时间常数约等于电流尖峰的持续时间。

3.3 开关管S

开关管的电流峰值由式(10)得

Iv(max)=ILP=5.11A

开关管的耐压由式(11)得

Vds(off)=Vo+Vf=40+0.8=40.8V

按20%的余量,可选用6A/50V以上的开关管。为使温升较低,应选用Rds较小的MOS开关管,要考虑的是通态电阻Rds会随PN结温度T1的升高而增大。

图4为实测开关管的开关电压波形和电流瞬态波形图。

3.4 输出二极管D和输出电容器C2

升压电路中输出二极管D必须承受和输出电压值相等的反向电压,并传导负载所需的最大电流。二极管的峰值电流Id(max)=ILP=5.11A,本电路可选用6A/50V 以上的快恢复二极管,若采用正向压降低的肖特基二极管,整个电路的效率将得到提高。

输出电容C2的选定取决于对输出纹波电压的要求,纹波电压与电容的等效串联电阻ESR有关,电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。

电容的ESR<△Vo/△IL=40x1%/1.33=O.3Ω。

另外,为满足输出纹波电压相对值的要求,滤波电容量应满足

根据计算出的ESR值和容量值选择电容器,由于低温时ESR值增大,故应按低温下的ESR来选择电容,因此,选用560μF/50V以上频率特性好的电解电容可满足要求。

3.5 外补偿网络

UC3842误差放大器的输出端脚l与反相输入端脚2之间外接补偿网络Rf、Cf。Rf、Cf的取值取决于UC3842环路电压增益、额定输出电流和输出电容,通过改变Rf、Cf的值可改变放大器闭环增益和频响。为使环路得到最佳补偿,可测试环路的稳定度,测量Io脉动时输出电压Vo的瞬态响应来加以判断。

图5为Cf选用0.0lμF和470pF时动态响应控制波形的区别,上冲下降幅度和复位时间都有差别。

3.6 斜坡补偿

在实用电路中,增加斜坡补偿网络,一般有二种方法,一是从斜坡端脚4接补偿网络Rx、Cx至误差放大器反相输入端脚2,使误差放大器输出为斜坡状,再与Rs 上感应的电压比较。二是从斜坡端脚4接补偿网络Rx、Cx到电流感应端脚3,将在Rs的感应电压上增加斜坡的斜率,再与平滑的误差电压进行比较,作用是防止谐波振荡现象,避免UC3842工作不稳定,同时改善电流型控制开关电压的噪声特性。本文采用方法二。

3.7 保护电路

当UC3842的脚3电压升高超过1V或脚1电压降到1V以下,都可使PWM比较器输出高电平,造成PWM锁存器复位。根据UC3842关闭特性,可以很容易在电路中设置过压保护和过流保护。本电路中Rs上感应出的峰值电流形成逐个脉冲限流电路,当脚3达到1V时就会出现限流现象,所以,整个电路中的电感磁性元件和功率开关管不必设计较大的余量,就能保证稳压电路工作可靠,降低成本。

4 结语

按以上原理和计算设计丁输入18V,输出40V的80W升压DC/DC电路,整个电路调试容易,工作稳定,可靠性高,效率达80%以上,特别是成本低,已应用于实际设备中。另外,可根据具体的电路指标要求,对电路灵活控制、变动,设计出其他的应用电路。

BOOST电路方案设计

项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计 一、目的 1 ?熟悉BOOST变换电路工作原理,探究PID闭环调压系统设计方法。 2 ?熟悉专用PWM控制芯片工作原理, 3?探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律,并分析系统稳定性。 二、内容 设计基于PWM控制的BOOST变换器,指标参数如下: 输入电压:9V?15V; 输出电压:24V,纹波<1%; 输出功率:30W 开关频率:40kHz 具有过流、短路保护和过压保护功能,并设计报警电路。 具有软启动功能。 进行Boost变换电路的设计、仿真(选择项)与电路调试 三、实验仪器设备 1 ?示波器 2 .稳压电源 3 ?电烙铁 4. 计算机 5. 万用表 四、研究内容 (一)方案设计 本设计方案主要分为4个部分:1)Boost变换器主电路设计;2)PWM控 制电路设计;3)驱动电路设计;4)保护电路设计。系统总体方案设计框图如图 1.1所示。

1 ?主电路参数设计[1,2] 电路设计要求:输入直流电压9~15V ,输出直流电压24V ,输出功率30W , 输 出纹波电压小于输出电压的1%,开关频率40kHz , Boost 电路工作在电流连续 工作 模式(CCM )。 Boost 变换器主电路如图1.2所示,由主开关管Q 、电感L 、滤波电容C 、功率 二极管VD 和负载R 组成。 1)电感计算 忽略电路损耗,工作在CCM 状态,根据Boost 电路输出电压表达式可得PWM 占空比: 艮卩,0.375 乞 D 乞 0.625 。 D max 八十十齐0.625 图1.1系统总体方案设计框图 图1.2 Boost 变换器主电路

Buck-Boost电路建模及分析

题目:Buck-Boost电路建模及分析 摘要:作为研究开关电源的基础,DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式,因其输出电压极性与输入电压相反,而幅度既可比输入电压高,也可比输入电压低,且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果,本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分 析。稳态分析中,首先介绍了电路工作原理,得出了两种工作模式下的电压转换关系式, 并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公 式;接着推导了状态空间模型,以在MATLAB中进行仿真;而最后仿真得到的电感电流、输 出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中,首先推导了输出与输入间的传递函数表 达式,以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程;接着分析其零极点,且仿真绘制 波特图进行了验证。 经过推导与研究,稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一 致。 关键词:Buck-Boost;稳态分析;小信号分析;MATLAB仿真

1.概论 现代开关电源有两种:直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源,其功能是将电能质量较差的原生态电源,如市电电源或蓄电池电源,转换为满足设备要求的质量较高的直流电源,即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC-DC变换器。 作为研究开关电源的基础,DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为:降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1],如图1-1所示。其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反,而幅度既可比输入电压高,也可比输入电压低,且电路结构简单而流行。 (a) Buck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) Buck-Boost型电路结构 图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构 本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究,以优化开关电源的性能和提高设计效率。

boost 升压芯片 ap3015

MICRO POWER STEP-UP DC-DC CONVERTER AP3015/A 1 Aug. 2006 Rev. 1. 0 BCD Semiconductor Manufacturing Limited General Description The AP3015/A are Pulse Frequency Modulation (PFM) DC/DC converters. These two devices are func-tionally equivalent except the switching current limit.The AP3015 is designed for higher power systems with 350mA current limit, and the AP3015A is for lower power systems with 100mA current limit.The AP3015/A feature a wide input voltage. The oper-ation voltage is ranged from 1.2Vto 12V (1V to 12V for AP3015A). A current limited, fixed off-time con-trol scheme conserves operating current, resulting in high efficiency over a broad range of load current.They also feature low quiescent current, switching cur-rent limiting, low temperature coefficient, etc. Fewer tiny external components are required in the applications to save space and lower cost.Furthermore, to ease its use in differnet systems, a dis-able terminal is designed to turn on or turn off the chip. The AP3015/A are available in SOT-23-5 package. Features ·Low Quiescent Current In Active Mode (Not Switching): 17μA Typical In Shutdown Mode: <1μA ·Low Operating V IN 1.2V Typical for AP3015 1.0V Typical for AP3015A ·Low V CESAT Switch 200mV Typical at 300mA for AP3015 70mV Typical at 70mA for AP3015A ·High Output V oltage: up to 34V ·Fixed Off-Time Control ·Switching Current Limiting 350mA Typical for AP3015 100mA Typical for AP3015A ·Operating Temperature Range: -40o C to 85o C Applications ·MP3, MP4 ·Battery Power Supply System ·LCD/OLED Bias Supply ·Handheld Device · Portable Communication Device Figure 1. Package Type of AP3015/A SOT-23-5

boost电路设计介绍

BOOST电路设计介绍 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计,对于较大的功率输出,如70W以上的DC/DC升压电路,由于专用升压芯片内部开关管的限制,难于做到大功率升压变换,而且芯片的价格昂贵,在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大,选择合适的控制芯片,便可设计出大功率输出的DC/DC 升压电路。 UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片,价格低廉,广泛应用于电子信息设备的电源电路设计,常用作隔离回扫式开关电源的控制电路,根据UC3842的功能特点,结合Boost拓扑结构,完全可设计成电流型控制的升压DC/DC电路,且外接元器件少,控制灵活,成本低,输出功率容易做到100W以上,具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842芯片的特点 UC3842工作电压为16~30V,工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器;一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构,特别适用于MoSFET的驱动;一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器;具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器,最大占空比可达100%。另外,具有内部保护功能,如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC/DC升压电路属于电流型控制,电路中直接用误差信号控制电感峰值电流,然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是: 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化,电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化,改善了瞬态电压调整率; 2)电流型控制检测电感电流和开关电流,并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较,控制PWM脉宽,由于电感电流随误差信号的变化而变化,从而更容易设置控制环路,改善了线性调整率; 3)简化了限流电路,在保证电源工作可靠性的同时,电流限制使电感和开关管更有效地工作; 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿,因为,平均电感电流大小是决定输出大小的因素,在占空比不同的情况下,峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应,特别是占空比,50%的不稳定性,存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差,即使占空比<50%,也可能发生高频次谐波振荡,因而需要斜坡补偿,使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致,但是,同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。 2 Boost电路结构及特性分析 2.1 由UC3842作为控制的Boost电路结构 由UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。

Buck-Boost变换器的设计与仿真

1 概述 直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中,直接直流变流电路又叫斩波电路,它包括降压斩波电路(Buck Chopper)、升压斩波电路(Boost Chopper)、升降压斩波电路(Buck/Boost)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点,能对直流电直接进行降压或者升压变换,应用广泛。本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。

V E U L C U O V i 1 i 2i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L 2 主电路拓扑和控制方式 2.1 Buck/Boost 主电路的构成 Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同,也由开关管、二极管、电感、电容等构成,如图1所示。与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间,不在输出端也不在输入端,且输出电压极性与输入电压极性相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式,但在实际应用中,往往要求电流不断续,即电流连续,当电路中电感值足够大时,就能使得电路工作在电流连续的状态下。因此为了分析方便,现假设电感足够大,则在一个周期内电流连续。 图2-1 Buck/Boost 主电路结构图 电流连续时有两个开关模态,即V 导通时的模态1,等效电路见图2(a );V 关断时的模态2,等效电路见图2(b )。 (a )V 导通 (b )V 关断,VD 续流 图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路

BuckBoost电路建模及分析

题目:BuckdBoost电路建模及分析 摘要:作为研究开关电源的基础,DCTC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而BucMoost电路作为DCTC开关变换器的其中一种电路拓扑形式,因其输出电压极性与输入电压相反,而幅度既可比输入电压高,也可比输入电压低,且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果,本文对Buck^oost电路进行了稳态分析和小信号分析。稳态分析中,首先介绍了电路工作原理,得出了两种工作模式下的电压转换关系式,并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式;接着推导了状态空间模型,以在M ATLAB中进行仿真;而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中,首先推导了输出与输入间的传递函数表达式,以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程;接着分析其零极点,且仿真绘制波特图进行了验证。 经过推导与研究,稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。 关键词:BuckHBoost;稳态分析;小信号分析;MATLAB仿真

1 ?概论 现代开关电源有两种:直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源,其功能是将电能质量较差的原生态电源,如市电电源或蓄电池电源,转换为满足设备要求的质量较高的直流电源,即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC4)C变换器。 作为研究开关电源的基础,DCTC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DCTC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为:降压(Buck)、升压(Boost)和降压THE (BuckdBoos 泌],如图1-1所示。其中BucMoost变换器因其输出电压极性与输入电压相反,而幅度既可比输入电压高,也可比输入电压低,且电路结构简单而流行。 (a) B uck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) B uckHB oost型电路结构 图1-1 DCTC变换器的三种电路结构

BOOST升压电路原理简单介绍

B O O S T升压电路原理 简单介绍 内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)

升压电路介绍 boost 升压电路,开关直流升压电路(即所谓的boost 或者step-up 电路)the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高,基本电路如下: 1.1BOOST升压电路工作原理 假定那个开关(三极管或者mos 管)已经断开了很长时间,所有的元件都处于理想状态,电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。 充电过程: 在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路如图二,开关(三极管)处 用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。 放电过程: 如图,这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止) 时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 2.提高转换效率 ①尽可能降低开关管导通时回路的阻抗,使电能尽可能多的转化为磁能; ②尽可能降低负载回路的阻抗,使磁能尽可能多的转化为电能,同时回路的损耗最低; ③尽可能降低控制电路的消耗,因为对于转换来说,控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的,不能转化为负载上的能量;

Boost升压斩波电路要点

总目录 引言 (2) 1 升压斩波工作原理 (2) 1.1 主电路工作原理 (2) 2 升压斩波电路的典型应用 (4) 3 设计内容及要求 (6) 3.1输出值的计算 (7) 4硬件电路 (7) 4.1控制电路 (7) 4.2 触发电路和主电路 (9) 4.3.元器件的选取及计算 (10) 5.仿真 (11) 6.结果分析 (14) 7.小结 (14) 8.参考文献 (14)

引言 随着电力电子技术的迅速发展,高压开关稳压电源已广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有的电力设备都需要良好稳定的供电,而外部提供的能源大多为交流,电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需的各种类别直流任务。但有时所供的直流电压不符合设备需要,仍需变换,称为DC/DC 变换。直流斩波电路作为直流电变成另一种固定电压的DC-DC变换器,在直流传动系统.、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术已被广泛运用开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波能领域得到了广泛的应用。但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:(1)系统损耗的问;(2)栅极电阻;(3)驱动电路实现过流过压保护的问题。 直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术,这种电路把直流电压斩成一系列脉冲,改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式,它具有良好的调整特性。随电子技术的发展,近年来已发展各种集成式控制芯片,这种芯片只需外接少量元器件就可以工作,这不但简化设计,还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点 1 升压斩波工作原理 1.1 主电路工作原理 1)工作原理 假设L和C值很大。V处于通态时,电源E向电感L充电,电流恒定I1,电容C向负载R供电,输出电压Uo恒定。 V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。

boost电路设计张凯强

课程设计说明书 课程名称:电力电子课程设计 设计题目:Boost电路的建模与仿真专业:自动化 班级:自091 学号: 0902100202 姓名:张凯强 指导教师:陆益民 广西大学电气工程学院 二○一一年十二月

1.题目 一个Boost变换器的设计 2.任务 设计一个Boost变换器,已知V1=48V±10%,V2=72V,I0=0~1A。要求如下: 1)选取电路中的各元件参数,包括Q1、D1、L1和C1,写出参数选取原则和计算公式; 2)编写仿真文件,给出仿真结果:(1)电路各节点电压、支路流图仿真结果;(2)V2与IO的相图(即V2为X坐标;IO为Y坐标);(3)对V2与IO进行纹波分析;(4)改变R1,观察V2与IO的相图变化。 3)课程设计说明书用A4纸打印,同时上交电子版(含仿真文件);4)课程设计需独立完成,报告内容及仿真参数不得相同。

一、原理分析 分充电和放电两个部分来说明(假设MOS 管断开很久,所有元件都处在理想状态): 充电过程 在充电过程中,开关闭合(MOS 管导通),等效电路如图二,开关(MOS 管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。 放电过程如图,这是当开关断开(MOS 管截止)时的等效电路。当开关断开(MOS 管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 U ()o t +- + - U ()o t +-+ -

BUCK_BOOST_BUCK-BOOST电路的原理

BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理 Buck变换器:也称降压式变换器,是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中,Q为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号,信号周期为Ts,则信号频率为f=1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff,占空比Dy= Ton/Ts。 、Boost变换器:也称升压式变换器,是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。 开关管Q也为PWM控制方式,但最大占空比Dy必须限制,不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧,称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 、Buck/Boost变换器:也称升降压式变换器,是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器,但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成,合并了开关管。 Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式,开关管Q也为PWM控制方式。

LDO的特点: ①非常低的输入输出电压差 ②非常小的内部损耗 ③很小的温度漂移 ④很高的输出电压稳定度 ⑤很好的负载和线性调整率 ⑥很宽的工作温度范围 ⑦较宽的输入电压范围 ⑧外围电路非常简单,使用起来极为方便 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用),二是频率调制方式,ton不变,改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下几类:】 (1)Buck电路——降压斩波器,其输出平均电压U0小于输入电压Ui,极性相同。 (2)Boost电路——升压斩波器,其输出平均电压U0大于输入电压Ui,极性相同。 (3)Buck-Boost电路——降压或升压斩波器,其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui,极性相反,电感传输。 (4)Cuk电路——降压或升压斩波器,其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui,极性相反,电容传输。 DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。 其中BUCK型DC-DC只能降压,降压公式:Vo=Vi*D BOOST型DC-DC只能升压,升压公式:Vo= Vi/(1-D) BUCK-BOOST型DC-DC,即可升压也可降压,公式:Vo=(-Vi)* D/(1-D) D为充电占空比,既MOSFET导通时间。0

Buck-boost变换器建模及仿真

Buck-boost 变换器建模及仿真 1、Buck-boost 变换器平均开关模型 利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型,Buck-boost 变换器电路图如图1所示,这里开关管的导通电阻为 ,二极管的前向导通压降为0.8v 。 g V )(t v 图1 Buck-boost 变换器电路 图中,虚线框内为开关网络,它是一个二端口网络,共有 、 、 和 四个变量,选定其中两个变量作为输入变量,则余下两个变量可以由输入 变量表示出来。在此,我们选择 和 作为输入变量。接下来我们要求出 这四个变量的在一个周期内的平均值,首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图,如图2所示。 ) (1t v s dT s T (1i s dT s )(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v

图2 开关网络电压电流的曲线图 根据图2,写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值: (1) (2) (3) (4) 由式(3)与(4)得 (5) 将公式(1)与(5)代入(3)中得 (6)将公式(6)中两边的)(1t v 合并得到下面式子: (7) 由(1)与(2)得 (8) ])([) () (')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12 (2v D (2t i s s s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=><-><-=><-=><+><)()()(121)2111)()()((')()(D T T on T T V t v t v t d R t i t v s s s s +><+><+>=<><

60w-boost电路的设计大学论文

电力电子技术课程设计课题:60W boost电路的设计 班级电气学号 姓名 专业电气工程及其自动化 系别电子与电气工程学院 指导教师陈万 2015年6月

目录 一、总体设计思路 (3) 1.1设计的目的 (3) 1.2实现方案 (3) 二、直流稳压电源设计 (4) 2.1电源设计基本原理 (4) 2.2稳压电源总电路设计 (6) 三、boost主电路设计 (8) 3.1boost电路工作原原理 (8) 四、控制电路设计......................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1PWM控制芯片SG3525 ............................................................. 错误!未定义书签。 4.2控制电路原理............................................................................. 错误!未定义书签。 五、驱动电路设计......................................................................................... 错误!未定义书签。 5.1IGBT对驱动电路的影响 (14) 5.2驱动电路基本原理 (14) 六、结论 (16) 七、心得体会 (16) 八、附录

一、 总体设计思路 1.1 设计目的 升压斩波电路是最基本的斩波电路之一,利用升压斩波电路可以实现对直流的升压变化。所以,升压斩波电路也可以认为是直流升压变压器,升压斩波电路的应用主要是以Boost 变换器实现的。升压斩波电路的典型应用有:一、直流电动机传动,二、单相功率因数校正(Power Factor Correction PFC )电路,三、交直流电源。直流升压斩波电路的应用非常广泛,原理相对比较简单,易于实现,但是,设计一个性能较好变压范围大的Boost 变换器并非易事,本设计的目的也就在于寻求一种性能较高的斩波变换方式和驱动与保护装置。 1.2 实现方案 本设计主要分为五个部分:一、直流稳压电源(整流电路)设计,二、Boost 变换器主电路设计,三、控制电路设计,四、驱动电路设计,五、保护电路设计。 直流稳压电源的设计相对比较简单,应用基本的整流知识,该部分并非本设计的重点,本设计的重点在于主电路的设计,主电路一般由电感、电容、电力二极管、和全控型器件IGBT 组成,主电路的负载通常为直流电动机,控制电路主要是实现对IGBT 的控制,从而实现直流变压。主电路是通过PWM 方式来控制IGBT 的通断,使用脉冲调制器SG3525来产生PWM 的控制信号。设计主电路的输出电压为75V ,本设计采用闭环负反馈控制系统,将输出电压反馈给控制端,由输出电压与载波信号比较产生PWM 信号,达到负反馈稳定控制的目的。 L D C R V L i i u o u + - +- O t g u O t L i max L i min L i T on t 图1-1 原理框图 二、直流稳压电源设计 2.1电源设计基本原理 在电子电路及设备中一般都需要稳定的直流电源供电。这次设计的直流电源

boost升压电路

开关直流升压电路(即所谓的boost或者step-up电路)原理 2007-09-29 13:28 the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一。 假定那个开关(三极管或者mos管)已经断开了很长时间,所有的元件都处于理想状态,电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路如图二,开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

放电过程 如图,这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。 如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充 1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗

(含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之 十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证. 开关管导通时,电源经由电感-开关管形成回路,电流在电感中转化为磁能贮存;开关管关断时,电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正,此电压叠加在电源正端,经由二极管-负载形成回路,完成升压功能。既然如此,提高转换效率就要从三个方面着手:1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗,使电能尽可能多的转化为磁能;2.尽可能降低负载回路的阻抗,使磁能尽可能多的转化为电能,同时回路的损耗最低;3.尽可能降低控制电路的消耗,因为对于转换来说,控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的,不能转化为负载上的能量。

基于UC3854的BOOST电路PFC变换器的设计说明

基于UC3854的BOOST 电路PFC 变换器的设计 1. 设计指标 输入电压:200VAC ~250VAC 输入频率:50Hz 输出直流电压:400V 输出功率:500W 功率因数:>98% 输入电流THD :<5% 2. 开关频率 综合考虑效率和变换器体积,选取开关频率为100KHz 。 原理图 3. 电感 电感值大小决定了输入端高频纹波电流总量,可以根据计算出的电流纹波总量ΔI 来选择电感值。 电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始,而最大的峰值电流出现在最小电网电压的峰值处: ()(min) 2line pk in P I V = 由上式可知,此时的最大峰值电流为3.54A 。 通常选择电感中的峰-峰值纹波电流为最大峰值电流的20%左右,故有ΔI=707mA 。

电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择,此 时 200282.8,100in S V V f KHz === 根据此处电压和开关频率的占空比来选择: o in o V V D V -= in s V D L f I ?=?? 由上式可得L =1.17mH ,取L =1.2mH 。 4. 输出电容 涉及输出电容的选择因数有开关频率纹波电流、2次纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间等。在本例中,电容的选择主要考虑维持时间。维持时间是在电源关闭以后,输出电压任然能保持在规定围的时间长度,去典型值为15~50ms 。可根据以下公式确定(能量守恒): 22 0(min) 2o o P t C V V ???= - 式中,取Δt=64ms ,V o (min )=300V 。,可得C o =914uF ,可以选取915uF 的电解电容。 5. 电感电流检测 采用在变换器到地之间使用一检测电阻。一般选择压降为1V 左右的检测电阻,此处选择0.25Ω的电阻作为R S ,在最坏的情况下(峰值电流达到原值1.25倍),4.4A 的峰值电流将会产生最大1.1V 的压降。 6. 峰值电流限制 UC3854的峰值限制功能,在电感电流的瞬时值电流超过最大值,即2管脚低于低电平时被激活,将开关断开。电流限制值有基准电压初一电流检测电阻的分压来设置: 1 2RS PK PK REF V R R V = 式中,R PK1和R PK2是分压电阻;V REF 值为7.5V ;V RS 是检测电阻R S 上的电压值。通过R PK2的电流大约为1mA ,由上可知峰值电流限制在4.4A ,R PK1取10k Ω,R PK2取1.5k Ω。 7. 前馈电压信号 V FF 是输入到平方器电路的电压,UC3854平方器电路通常在1.4V~4.5V 的围工作。UC3854 有一个钳位电路,即使输入超过该值,都将前馈电压的有效值限制在4.5 前馈输入电压分压器有3个电阻R FF1、R FF2、R FF3,及两个电容C FF1、C FF2。因此它能进行两级滤波并提供分压输出。分压器和电容形成一个二阶低通滤波器,所以其直流输出是和正弦半波的平均值成正比。 前馈电压V FF 分压器有两个直流条件需要满足。在高输入电网电压下,前馈电压应不高于4.5V ,当达到或超过此值时,前馈电压被钳制而失去前馈功能。在低输入电网电压时,应设置分压器使前馈电压等于1.414V ,如果不到1.414V 部限流器将使乘法器输出保持恒定。 选取分压电阻R FF1为900k Ω,R FF2为92.14k Ω,R FF3为7.86k Ω。当输入电压为AC250V 的时候,直流电压平均值为225V ,此时V FF 为1.77V ;当输入电压为AC200V 的时候,直流电压平均值为160V ,此时V FF 为1.41V 。 8. 乘法器的设置 乘法器、除法器是功率因素校正器的核心。乘法器的输出调节电流环用以控制输入电流功率因素提高。因此此乘法器的输出是个表达输入电流的信号。

BuckBoost和Cuk电路仿真分析.docx

Buck_Boost和Cuk电路仿真分析 一、Buck_Boost电路仿真 仿真电路图如下图所示: 电路参数如下: Vs=5V,L=0.5mH,C=100μF,R=5Ω,f S=10kHz,D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ,正向导通压降V on=0.1V, 二极管导通电阻R on=1mΩ,正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示: 仿真结果如下所示: 对比理论与仿真结果可以看出,二者部分存在误差,但差距不大。部分数据由于目测的原因,也存在一定的误差,但误差很小,此处不再考虑。 波形图如下所示,其中图1上半部分为I O,下半部分为V O,图二为I L,图三为I D,图4为V C。

图1 图2 图3图4

二、Cuk电路仿真 仿真电路图如下: 电路参数如下: Vs=5V,L1=L2=0.5mH,C1=C2=100μF,R=5Ω,f S=10kHz,D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ,正向导通压降V on=0.1V, 二极管导通电阻R on=1mΩ,正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示: V OΔV OΔV C1I O I D(I L1)ΔI L1ΔI L2 -20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示: V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D(I L1)ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A 对比理论与仿真结果可以看出,二者部分存在误差,但差距不大。部分数据由于目测的原因,也存在一定的误差,但误差很小,此处不再考虑。 波形图如下图所示: 图1

boost电路分析

图一 boost升压电路,开关直流升压电路(即所谓的boost或者step-up电路)原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高。基本电路图见图一。 假定那个开关(三极管或者mos管)已经断开了很长时间,所有的元件都处于理想状态,电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中,开关闭合(三极管导通),等效电路如图二,开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率

线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。 放电过程 图三 如图三,这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。 如果这个通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充:AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上). 1 电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十.

boost电路参数设计详解

Boost电路参数设计 Boost 电路的原理图如下图所示 LD Q?CR 当MOSFET开通时,电源给电感L充电,电感储能,电容放电。电感上的电流增加量(电感线圈未饱和时)为: V in?DT?I?)L(?L TD为占空比,其中:为开关周期。当MOSFET关断时,电感放电,电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流不断减小,忽略二极管的压降,则电流变化为:V?V ino?(1?D)T?I?)L(?L电感电流连续模式时,在稳态条件下,电感上的电流增加等于其电流减小,即?I??I,于是整理可得:)?(LL(?)V1o?V1?D in D<1,所以0

DC-DC升压(BOOST)电路原理

DC-DC升压(BOOST)电路原理 BOOST升压电路中: 电感的作用:是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件,当MOS开关管闭合后,电感将电能转换为磁场能储存起来,当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能,且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载,由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的,所以输出电压高于输入电压,既升压过程的完成; 肖特基二极管主要起隔离作用,即在MOS开关管闭合时,肖特基二极管的正极电压比负极电压低,此时二极管反偏截止,使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电;因在MOS管断开时,两种叠加后的能量通过二极向负载供电,此时二极管正向导通,要求其正向压降越小越好,尽量使更多的能量供给到负载端!!

在图2所示的实际电路中,带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关,MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定,占空比为50%时,输出电压为输入电压的两倍。将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍,对实际的有损耗电路,输入电流还要稍高。 电感值如何影响电感型升压转换器的性能? 因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流,所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。等效串联电阻值低的电感,其功率转换效率最佳。要对电感饱和电流额定值进行选择,使其大于电路的稳态电感电流峰值。 电感型升压转换器IC电路输出二极管选择的原则是什么? 升压转换器要选快速肖特基整流二极管。与普通二极管相比,肖特基二极管正向压降小,使其功耗低并且效率高。肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压. 怎样选择电感型升压转换器IC电路的输入电容? 升压调节器的输入为三角形电压波形,因此要求输入电容必须减小输入纹波和噪声。纹波的幅度与输入电容值的大小成反比,也就是说,电容容量越大,纹波越小。如果转换器负载变化很小,并且输出电流小,使用小容量输入电容也很安全。如果转换器输入与源输出相差很小,也可选小体积电容。如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小,就可能需要大容量电容,并(或)减小等效串联电阻(ESR)。