boost斩波电路_升压斩波电路_电力电子技术课程设计报告书

电力电子技术课程设计任务书课程名称：直流斩波电路的性能研究学院：电气学院专业班级：自动化10班姓名：吴学号：3110080031100800冯 311008002013年1月目录摘要 .................................................................... - 1 - 1 BOOST斩波电路工作原理................................................ - 2 -1.1 主电路工作原理................................................. - 2 -1.2 控制电路选择................................................... - 2 -2 硬件调试 .............................................................. - 4 -2.1 电源电路设计................................................... - 4 -2.2 升压（boost）斩波电路主电路设计................................ - 5 -2.3 控制电路设计................................................... - 6 -2.4 驱动电路设计.................................................. - 10 -2.5 保护电路设计.................................................. - 11 -2.5.1 过压保护电路............................................ - 11 -2.5.2 过流保护电路............................................ - 13 -2.6 直流升压斩波电路总电路........................................ - 13 - 3总结.................................................................. - 15 - 4参考文献.............................................................. - 16 -摘要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，这两种是最基本电路。

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两大部分构成。

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。

第二部分是硬件电路设计，它通过软件设计完成。

关键字：直流斩波；PWM；SG3525图1-1 直流升压斩波电路原理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。

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相同互相叠加，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,on t 为导通时间，ott t 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，基本可以忽略。

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。

E t T E t t t U off off off on o =+=图1-2 SG3525脉冲产生电路2图1-3 TLP250脉冲驱动电路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，如目前大量普及的微机、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及其工作波形主要的数量关系 （以电阻负载为例）：1） 输出电压平均值整流电压平均值Ud 可根据输出波形及有关计算公式推导得出，但推导繁琐。

空载时，22U U d =。

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R I 为：R U I d R /= R d I I =二极管电流iD 平均值为 ：2/2/i d R d I I ==3） 二极管承受的电压：2U 22.2 升压（boost ）斩波电路主电路设计1）升压斩波电路的原理图如图所示：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 ，则此期间电感L 释放能量为()off o t I E U 1-。

稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等()off o on t I E U t EI 11-=化简得：E t T E t t t U off off off on o =+=（1） 1/≥off t T ，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。

offt T /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T t off =β。

β和导通占空比α有如下关系：1=+βα （2）因此，式（1）可表示为EEUoαβ-==111（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发展，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MOSFET。

SG3525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，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；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 的管脚如图所示图 2-3a SG3525管脚图其中，脚16 为SG3525 的基准电压源输出，精度可以达到（5.1±1％）V，而且设有过流保护电路。

脚5，脚6，脚7 有一个双门限比较器，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 及脚2 分别为芯片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馈补偿网络。

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f s 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f s＝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，电阻围为0～500 Ω；8 脚：软启动端，外接软启动电容，该电容由部V的50μA恒流源充电；ref9 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，其围为8～35 V，通常采用+15V；16脚：部＋5 V基准电压输出。

SG3525芯片部结构如图所示图 2-3b SG3525部结构图SG3525芯片部集成了精密基准电源、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比较器、PWM锁存器、软启动电路、关断电路和欠压锁定电路。

芯片+5.1V基准电压精度为±1%，由于基准电压值在误差放大器的输入共模围，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。