开关直流升压电源(BOOST)设计

摘要

BOOST 电路,是一种DC-DC直流斩波电路，又称为升压型电路。它可以是输出电压比输入电压高。可以分为充电过程和放电过程。本次采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOOST 电路的工作特性。

关键词：斩波电路、BOOST电路、导通、充电、放电

BOOST circuit is a DC-DC DC chopper circuit, also known as the boost circuit. It can be the output voltage is higher than the input voltage. Can be divided into a process of charging and discharging processes. The matlab simulation analysis methods can be intuitive and detailed description of the the BOOST circuit from the start to reach a steady-state process of working, and various phenomena in depth analysis for us to really grasp the operating characteristics of the BOOST circuit.

Keywords: chopper circuit, BOOST circuit is turned on, the charging and discharging

目录

前言 (1)

1.系统方案设计 (2)

2.电路的工作原理 (2)

3.参数的计算 (3)

3.1给定参数 (3)

3.2计算L、C (3)

3.3 二极管选型 (4)

4．电路的分析 (4)

5．matlab仿真分析 (6)

6. 各模块功能及元器件选型 (7)

6.1 TL494工作原理 (7)

6.2 开关频率的计算 (9)

7.系统总设计原理图 (10)

7 设计结果与分析 (11)

7.1 比较基准波形图 (11)

7.2 TL494输出波形 (12)

7.3输出纹波波形 (12)

7.4 电感输出波形 (13)

8实验小结 (14)

参考文献 (14)

前言

在非隔离型DC-DC电路即各种直流斩波电路，根据电路的形式不同，可以分为降压型电路、降压型电路、丘克电路、Sepic型电路和Zeta型电路。BOOST 电路存在电感电流连续和电感电流断续工作模式。在充电过程中，IGBT导通，IGBT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。在放电过程中，当IGBT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。

BOOST电路有电路简单、电源侧电流波动小的优点，同时在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解。

1.系统方案设计

本系统需要对一直流电源进行直流斩波，通过控制开关管的导通时间，来控制最终输出的电压。整个系统包括BOOST主电路、闭环调节模块、电压反馈模块。系统方框图如图1所示：

图1 系统方框图

2.电路的工作原理

Boost电路可称为升压斩波电路，假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I

1

,同时C上

的电压向负载R供电，因为C也很大，基本保持输出电压为恒值U

.设V通态时

间为t

on ,此阶段L积蓄能量为 E I

1

t

on

。当V处于断态时E和L共同向C充电，

并向负载R提供能量。设V处于断态时间为t

off ,则这期间电感L释放能量为（U

-E）

I 1t

off

.一周期T中，电感L积蓄的能量和释放的能量相等，即

E I

1 t

on

=（U

-E）I

1

t

off

化简得： U

0=T/ t

off

E

输出电压高于电源电压。电路结构如下图2

图2 BOOST电路的结构

3.参数的计算

3.1给定参数

1）输入交流电压220V （可省略此环节）。 2）输入直流电压在8-18V 之间。

3）输出直流电压10-25V ，输出电压相对变化量小于2%。 4）输出电流1A 。

5）采用脉宽调制PWM 电路控制。

3.2计算L 、C

由Boost 的伏秒平衡，可得：

)1(*)(*D V V D V in o in --=………………………………………………………………①

⇒D

V V in

o -=

1 ⇒o

in

V V D -

=1 又根据能量守恒，可得：

T I V T I V o o m id in ****= (mid I 为CCM Boost 电感的电流中心值) ………………②

⇒D

I

V I V I o in o o mid -==

1* 当输出最小负载min o I ，即mid I I 2=∆，也就是Boost 处于临界状态，可得：

2

1min I D I I o mid ∆=-=

………………………………………………………………………………③ ⇒

D

I L T D V o in -=12**min

⇒min

2**)1(*o in I T

D D V L -=