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

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目录摘要.................... 错误!未定义书签。

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寸_ 流___ 保___ 护___ 电___ 路-12 -2.6直流升压斩波电路总电路-12 -3总结 ................................. -14 -4参考文献 ............................. -14 -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PWh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 ；SG35251 BOOST 斩波电路工作原理1.1主电路工作原理式中T 为V 开关周期，ton为导通时间，tott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 MOSFE 管来实现对主电路的控 制，最终电路如图1-2、图1-3所示。

本实验主电路是直流升压斩波电路即 直流升压变流器用于需要提升直流电压的 示。

在电路中V 导通时，电流由E 经升压电 L 储能；当V 关断时，电感产生的反电动势 互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电 V 导通是，电容的放电回路。

调节开关器件 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L Vl>打 °图1-1直流升压斩波电路原理boost 斩波电路。

场合，其理图如图1-1所 感L 和V 形成回路，电感 和直流电源电压方向相同 压，二极管的作用是阻断 V 的通断周期，可以调整t on toffttoff(1-1)图1-2 SG3525脉冲产生电路I ______________________________________________________ _+ 15VR7 % 10K^+V CT -V RT SYNCDKC CSS CONWSOJ525A SDVREFOSC OUTA OUTB14O.OLuFlk 站22iiFVDPWM R1▽DGNDTLP250WE图1-3 TLP250脉冲驱动电路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）：i）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，rU d "2U2。

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: 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2硬件调试C150V220uF出电流的关系2）电流平均值 输出电流平均值IR 为：l R =U d /R二极管电流iD 平均值为：id=Id/2=lR/23）二极管承受的电压：'2U22.2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11 ,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U Q 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U°-E 11toffo稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量相等EI 為二 U o - E I i t off化简得：t .■ tTon offI Uo-E = t E（ 1）toff toffT/toff _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。

T/toff表示升压比，调节其大小即可改变Uo将升压比的倒数记作 B ,即T。

B和导通占空比a有如下关系：因此，式（ 1 ）可表示为图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； PMV 波由基于SG3525勺控制电路产生，以控制 MOSFE 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 MOSFE 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PWMI 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； 内 部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、 PW 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 言号，用于可控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对 占空比a 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的管脚如图所示升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因: 输出电压保持住。

2）主电路工作原理 L 储能之后具有使电压泵升的作用，电容 C 可将| [[voltape MeasdrementVcltage Measurement!Series ftLC Branch!Series R1C BranchDC Voltage SourcePulse □■eriE -DiodeSeries RLC Brancn2IScope二）二A.E 1 地管E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内有一个双门限比较器，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及脚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+3R）,R o为5脚与7脚之间跨接的电阻，用来调节死区时间，定时电容范围为0.001〜0.1卩F；6脚：振荡器外接定时电阻RT端, RT值为2〜150 k Q ；7脚：振荡器放电端，用外接电阻来控制死区时间，电阻范围为0〜500 Q ；8脚：软启动端，外接软启动电容，该电容由内部V ref的50卩A恒流源充电；9脚：误差放大器的输出端；10脚：PW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，其范围为8〜35 V，通常采用+15V;16脚：内部+ 5 V基准电压输出。

SG352芯片内部结构如图所示图2-3b SG3525内部结构图SG3525芯片内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匕较器、PW锁存器、软启动电路、关断电路和欠压锁定电路。

芯片+5.1V基准电压精度为土1%由于基准电压值在误差放大器的输入共模范围内，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PWMW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较，当三角波的瞬时值高于误差放大器的输出时，PWM匕较器翻转，触发PW锁存器，形成PWMI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PWh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5卩F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匕较器反相输入端处于低电平，PW比较器输出为高电平。

此时，PW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。