数控Boost开关电源
题目: 数控Boost开关电源
组员：索世昌李永杜政立
日期：2013年8月10日
数控Boost开关电源
摘要
开关电源较线性电源说具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业控制、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。基于这些特点本组设计了一套升压式开关电源。升压式开关电源主要应用在供电系统不稳定，并有下降的趋势的场合。通过升压式开关电源可以很稳定的输出所需电压值。该系统以Boost升压拓扑电路为主回路，采用TL494作为开关稳压电源的核心控制芯片，采用TPS2812驱动MOS管，实现了输出电压16V～36V任意可调，最大输出电流2A，以及输出过流保护功能。
关键词：Boost；TL494；数控；显示；过流保护
1引言
开关稳压电源简称开关电源（Switching Power Supply），通过控制开关管的导通比来维持输出电压的稳定，体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。功耗低、纹波小、噪音低、易扩容等特点，使得开关电源具有高的稳定性和性价比，在仪器、仪表、工业自动化等领域得到广泛应用。
2系统方案论证
2.1 DC-DC主电路的设计
方案一：采用UC3525A搭建电路，更适合于运用MOS管作为开关器件的DC-DC变换器，它是采用双级型工艺制作的新型模拟数字混合集成电路，性能优异，所需外围器件较少。
方案二：采用TL494构建Boost变换器，TL494是一种电压控制型脉宽调制控制集成电路，工作频率可高到300kHz，工作电压可达到40V，内有5V的电压基准，死区时间可调整，主要应用于各种开关电源。
上述两种DC-DC主电路的搭建方法，各有其优缺点，TL494是电压反馈型开关芯片，具有双差分放大器反馈控制端口，PWM的死区时间可直接通过分压调节控制，资料较多，易于掌握，故采用TL494作为系统的主控制部分，综合各种考虑我们采用了方案二。
2.2 控制方法选择与论证
开关电源的控制方式分为电流模式控制和电压模式控制。电流控制模式虽然具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应，但是需要双环控制，增加了电路设计和分析的难度，且当占空比大于50%时若没有斜坡补偿，控制环变得不稳定，抗干扰性能差，在比赛过程中不利于发挥，故选则电压控制型。
2.3 辅助电源的选取
方案一：采用最常用的7812的芯片，产生12V电压，然后再接7805芯片产
生5V 的辅助电压。该方案设计简单，外围器件很少，但是效率低下尤其在芯片承受压降比较大时效率就会变得更低。
方案二：采用LM2596集成开关电源芯片，LM2596系列的芯片有固定输出12V 、5V 、3.3V 以及输出可调的一系列芯片，最高可输入电压高达60V ，而且效率比一般的稳压芯片都要高。
设计辅助电源的这两种方案都可以，但是考虑到系统的整体效率，我们最终采用了第二种方案。
3系统方案设计
3.1 DC-DC 主回路拓扑
Boost 拓扑主要分为两种，一种是反极性的，另一种是非反极性的。在本次设计的过程中我们采用了非反极性的，其拓扑结构如下图所示。
图3.1 提高效率的方案及实现方案
3.1.1系统参数的计算
最小电感设计限值的确定：使得输出纹波电压最小的电感设计值为
22min
,min ,min 2O i L KA V fV V R L L
P P == 式(3.1)
由Vi=18V ，R=18Ω，f ＝40kHz ，Vo ＝36V 得最小量为55uH ，考虑到尽可能减小开关管的电流应力，本设计电感量选取的比较大230uH 。
满足输出纹波电压要求的最小电容设计限值由下式确定
,min 'min min min ()
o Xi o V V C C mV fR λλ-== 式(3.2) 其中m=VPP/VO=2％，λ取为2。经过计算我们采用2200uF 的电容作为后级滤波电容。
3.1.2 Boost斩波电路中开关管
电力晶体管（GTR）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。
3.1.3 开关管工作频率
为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为40kHz。
3.1.4 Boost升压电路中二极管
开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。
3.2 开关管驱动部分
图3.2 开关管驱动
由于我们使用的是型号为IRF540的MOSFET功率开关管，需要较高的驱动电压，同时为了让场效应管可靠性的快速开启和关断中间需要加一级驱动电路，TPS2812驱动芯片驱动能力强，外围电路简单，所以在这次设计中我们采用了这款新片。
3.3 PWM控制器部分
图3.3 控制器电路图
常用的开关频率芯片UC3525A等芯片，UC3525A耐压高、性能稳定。这次作品我们组尝试使用集成芯片TL494，采用TL494开关控制芯片，需外接R、C提供振荡电路，振荡频率为
1/1.1
f RC
一般设计在40KHz左右，同时根据电路设计思想，电阻应尽量取高阻值，电容应尽量小，最终我们确定电阻为10K，电容为2200pF。确定参数各为R＝10KC＝2200pF由于最大输出功率为80W，直接用TL494驱动场效应管不能实现，故中间串接TPS2812P增大驱动能力。
3.4 AD及显示部分
该部分我们采用TI公司生产的12位AD转换芯片TLC2543。根据题目要求该款芯片足以满足要求。在数据采集的过程中为了让数据显示的更为稳定我们采用了多次取值求其平均值的方法，在实际效果中非常好。至于显示部分我们采用了LCD液晶屏。LCD显示屏在实际操作中方便简洁，而且显示突出。其电路图具体如下：
图2.4显示部分
该部分我们采用的是TI公司生产的模数转换芯片TLC2543，它是一个12位AD，转换精度可达1mV,在实际应用中足以满足要求。显示部分采用是的LCD液晶屏，液晶使用起来操作简单，且页面效果好。
3.5 辅助电源部分
图3.5辅助电源
常用的78系列线性稳压器具有稳压特性好，价格便宜，使用简单方便，但是功耗比较大，效率比较低。但是在本设计中为了提高整体的效率我们最终采用了开关型的稳压芯片作为系统的辅助电源。
4系统测试及结果分析
4.1测试仪器
数字万用表、直流输出电源、大功率负载。
4.2 测试结果
Ui / V 16 18 20 22 23
U O / V 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0
4.2 电压调整率测试结果
I O /A 0.31 0.35 0.40 0.50 0.61 0.73 0.87 1.14 1.24 U O/V 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0 36.0
4.3 负载调整率测试结果
最大输出电流：2A
电压输出范围：18～36V
纹波：2.04V
效率：85.6%
负载调整率：0.27%
电压调整率：16～23V输出恒定
参考文献
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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
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；
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。
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 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。 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. 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)。 一种实用的BOOST电路 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Boos t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。 BOOST升压电路的电感、电容计算 已知参数： 输入电压：12V --- Vi 输出电压：18V ---Vo 输出电流：1A --- Io 输出纹波：36mV --- Vpp 工作频率：100KHz --- f 1：占空比 稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即 Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 2：电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量 其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io) ，参数带入，Lx=38.5uH, deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显， 当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小， 由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH， deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A， I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI， 参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A 3：输出电容： 此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略 C=Io*don/(f*Vpp),参数带入， C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联 4：磁环及线径： 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径 其他参数： 电感：L 占空比：don 初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms 输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd boost升压电路2007-12-27 10:07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 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). 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！！ 电感升压原理： 什么是电感型升压DC/DC转换器？ 如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路，闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。 电感型升压转换器应用在哪些场合？ 电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电，该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LCD)面板提供背光。在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。 决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么？ 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. 1.BOOST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： 1.1 B OOST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； 文本预览： 输出电容的选择和你的开关频率占空比还有纹波的要求有关，和电感量没有直接关系。也就说没有所谓的搭配关系影响效率和MOS发热。 我感觉你的电感选小了，或者频率选低了。电感选小了电感充电迅速完成，之后管子没有关断导致电感成了直流电阻负载，消耗电能并导致MOS发热。如果频率高的话可以缓解这种状况，但是增加电感量是根本。 再有Mos发热还跟你的开关时间有关系，就是说加在mos管G极的信号是不是很好的方波，因为mos从截至到饱和必须划过放大区，而放大区的结功耗要大的多。所以要求换过放大区的时间越短越好，就要求信号的上升下降沿要足够陡峭。而mos管本G极和与DS之间是由比较的结电容的。所以要求mos前面的电路要有一定的驱动能力。 下面是从网上看到的一个计算用例。你试一下。 已知参数： 输入电压：12V --- Vi 输出电压：18V ---Vo 输出电流：1A --- Io 输出纹波：36mV --- Vpp 工作频率：100KHz --- f ************************************************************************ 1：占空比 稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即 Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 2：电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io)，参数带入，Lx=38.5uH, deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显 DC-DC升压电路原理 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！！ 電感升壓原理： 什么是电感型升压DC/DC转换器？ 如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路，闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。 决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么？ 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？ 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 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 Boost 升压电路的工作原理： 电感是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当switch闭合以后，电感将电能转换为磁能储存起来，当switch断开后，电感又将磁能转换为电能（给电容充电）。电容电压由于电感能量的叠加作用升高，并通过二极管和电容滤波后得到平滑的直流电压提供给负载。 肖特基二极管主要起到隔离作用，在switch闭合时，二极管的正极比负极电压低，反偏截止，此时电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；当switch断开时，二极管正向导通，电感能量和电容同时向负载供电。 肖特基二极管的特点： 1.反向恢复时间和正向恢复时间都短=>电感充放电频率可以更快 2.在低电流密度(JF<10 A/cm2)下，有比P+ -n-N+结构的整流二极管更低的通态电压 => 能量 损耗低，效率高 如图，在实际电路中，带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关，MOSFET的开关由脉冲调制（PWM）电路控制，输出电压由PWM占空比决定。一路输出反馈到PWM，来控制输出电压。 下面是升压芯片LM2587的模块图： 反馈电路控制输出电压原理: The output voltage is controlled by the amount of energy transferred which, in turn, iscontrolled by modulating the peak inductor current. This is done byfeeding back a portion of the output voltageto the error amp, which amplifies the difference between the feedback voltage and a 1.230V reference. The erroramp output voltage is compared to a voltage proportional to the switch current (i.e., inductor current during theswitch on time). 由此，我们可以通过调节R1和R2电阻值来调整输出电压。 现在市场上常见的升压模块： 电力电子技术课程设计报告题目：升压斩波（boost chopper）电路设计 学院： 专业： 学号： 姓名： 指导老师： 时间： 目录 前言 ******************************************************* ****2 MATlAB仿真设计***********************************************6 硬件实验******************************************************* **14 参考文献******************************************************* **19 附录一设计任务书*************************************20 附录二PROTEL简介****************************************21 附录三MATLAB简介****************************************24 升压斩波电路（Boost Chopper ）设计 一、前言 1.Boost Chopper 工作原理： 图 1.1升压斩波电路图 图 1.1中假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为I 1，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压u o 为恒值，记为U o 。设V 通的时间为t o n ，此阶段L 上积蓄的能量为E I 1t o n 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t o f f ，则此期间电感L 释放能量为()o f f 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： 为大家介绍一种非常实用的BOOST电路： 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。 从充放电两方面讲解Boost电路的基本原理 Boost电路是一种开关直流升压电路，它能够使输出电压高于输入电压。 首先我们需要知道： 电容阻碍电压变化，通高频，阻低频，通交流，阻直流; 电感阻碍电流变化，通低频，阻高频，通直流，阻交流; 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。 图2 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2，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。 图3 放电过程 当开关断开(三极管截止)时的等效电路如图3所示。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，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。 boost电路升压过程 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：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;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;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升压电路
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