boost变换器设计报告

直流稳压电源设计报告

摘要

本作品采用了boost拓扑，利用电感、场效应管和二极管完成了升压的功能，利用Tl494,和IR2110进行反馈控制。并加上前期的整流滤波电路，实现可以用从市电开始转换。本作品基本实现了题目的功能，实现了30V到36V，2A的输出。

一、方案比较论证

1.主拓扑方案的论证

方案一：采用反激式变换器。反激式变换器适合小功率的输

出，输入电压大范围波动时，仍可以有较稳定的输出，并且

可以实现带隔离的DC/DC变换，但其中的反激式变压器设计

比较复杂，且整体效率较低。

方案二：采用boost变换器，boost是一种斩波升压变换器，

该拓扑效率高，电路结构简单，参数设计也比较容易。

方案三：采用SPICE变换器，开关环路的对称性使其可以达

到较高效率，电感的适当耦合也可以尽量减小纹波。但该方

案成本较高，对电容电感值要求较高，检测和控制电路较为

复杂。

为节约成本，并从简单考虑，本作品选用方案二。

2.控制反馈方案的选择

方案一：系统由Boost模块实现升压任务，各模块所需PWM

信号的由单片机提供，单片机AD采集实时输出量，经运算

后通过改变占空比调整模块工作状态。该方案电路最简单，

各种控制灵活，缺点有单片机运算量过大，开关信号占空比

受单片机限制，浮点运算的时延影响电路跟随，另外单片机

容易受到功率管开关干扰而失灵。

方案二：使用振荡器、比较器产生PWM波，由负反馈电路

实现输出控制，单片机负责状态切换和测量显示，该方案原

理易于理解，但自己装调的PWM电路在开关时容易出现振

铃毛刺，直接影响了系统效率，并且要完善反馈控制对回馈

信号要求较高。

方案三：借用现有成熟PWM控制器，该类集成电路输出波

形好，工作稳定，都具备至少一个反馈控制引脚，按照厂商

提供的典型电路就可装调出应用电路。但这类电路一般针对

专用场合设计，借用时需要较多设计计算，特别是该类芯片

的反馈有极高的控制灵敏度，在单片机参与时需要较多改动。

本作品采用方案三。

二、理论分析和计算

1．电路设计与分析

（1）提高效率的方法

在电路的设计过程中，找到了影响系统效率的主要因素有三点：功率变换器开关器件的开关损耗；感性元件的铁损和铜损；控制电路的损耗。.

所以提高系统效率，我们可以从这三方面出发。

1．开关器件的损耗不可避免，但是可以采用低功耗的开关管和二极管。采用MOS管做为开关管，IRF540型MOS管开关损耗小，其只在导通期间由开关损耗，适合频率比较高的工作场合。采用肖特基二极管SR560做为续流二极管，耐压高，损耗小。如此选择器件可以降低开关器件的损耗，提高系统效率。

2.通过理论和实践验证，电感越大，纹波电流越小，电感损耗越大。所以在满足要求的条件下减小电感，并且严格按照要求绕制电感，减小磁隙，线圈紧凑等。

3.在焊接时合理安排布局，减少开关信号走线的连接，可以在布局布线上减小损耗。

（2）控制回路分析

1.恒压输出：在输出端的电压，经电阻分压送至TL494

的正端比较放大脚。负端接内部5V基准电压通过1比1分压比较，控制PWM信号，进而达到控制输出PWM波占空比，

再通过IR2110驱动。经过闭环负反馈系统控制，可以使输出电压恒定。

2 控制方法分析

TL494是高性能固定频率电流模式控制器，电压负反馈均衡控制，每周期由斜波电流峰值关断。TL494的振荡频率由RT/CT引脚接的电阻电容决定，系统的开关频率为f=1.1/（RT*CT）=70KHz。PWM以70 KHz的频率控制开关管的导通截止，电感L储存并释放能量。PWM的占空比越大，开关管的导通时间越长，电感存储的能量越大；相反电感存储的能量越小。

稳压过程有两个闭环系统来控制，分别是恒压输出和过流保护。

恒压输出：在输出端通过电阻分压采集比例电压信号，经电压误差比较器后平滑滤波。积分器的电容大小影响系统的调节速度，即影响指标中输出的动态响应时间。当采集的电压小于2.5V电压，使PWM调节器的输出脉宽增加，从而影响输出电压调节幅度。

3.器件选择

（1）整流桥的选择：隔离变压器输出的交流电压为18V，整流

桥的电流最大可达5～6A，为了得到较好的直流量，用全桥整流，整流桥的耐压应为50V以上，正向电流大于等于8A，实际电路中采用10A/600V整流桥。

（2）滤波电容器选择：要求输出的最大电流为2A，最大电压为36V，所以输出最大功率约为72W，按照电路效率为80％计算。可得整个电路输入的功率约为90W。电路自身功率达18W，根据P=U2/R,可求得整流滤波电路的等效负载电阻R≈6欧姆，滤波电路的基波周期10mS，按一般要求，滤波电路的时间常数τ＝C×R＝30mS～50mS，所以，滤波电容C选用4700µF/50V 和1000µF/50V并联（考虑到有输入电流测试端口的存在）。（3）开关管的选择：功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点。栅极驱动器的负载能力必须足够大，以保证在系统要求的时间内完成对栅极等效电容（CEI）的充放电。流经MOS 管的电流理论平均值：ID=TOFF•IO/T=IO •VO / Vi≈5A。所以，MOSFET应选用平均电流大于10A、电压大于50V的管子，实际选用IRF540N，IF=28A、

VR=100V、PD=150W、RDS(ON)=0.077Ω。

（4）升压二极管的选择：二极管要采用正向电压降低，反向恢复时间短的二极管，所以选用反向恢复时间为60us以下、反向耐压为45V以上的肖特基二极管。它是一种低功耗、超高速半导体器件，可大幅降低开关损耗并提高开关频率。实际电路中选用SR560：IF=15A、VR=45V。