升压斩波电路设计解析
升压斩波(boost+chopper)电路设计
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******************************************************* ****2MATlAB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 nV 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：E t T E t t t U offoffoffon o =+=（1）1/≥off t T ，输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。
升压式斩波型开关稳压电源原理图
升压式斩波型开关稳压电源原理图
输出电压的绝对值低于或等于输入电压绝对值的开关电源为降压式。
升压式斩波型开关稳压电源的输出电压绝对值必须高于输入电压绝对值并且它们的极性是相同的。
如图是升压式斩波型开关稳压电源原理图。
当开关调整元件被控制饱和导通时，电流通过电感，使其储存能量。
当开关元件VT被控制为截止时，电感中储存的能量通过二极管VD供给负载，同时对电容C充电。
当负载电压要下降时，电容再次放电。
这时可获得高于输入的稳定电压。
因为开关元件VT与负载RL 是并联的，故也被称为并联开关电源。
大连理工大学电源技术大作业-升压斩波电路分析
大连理工大学电源技术大作业升压斩波电路分析（1）介绍基本斩波电路的分类。
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（2）介绍升压斩波电路的工作原理、主要参数及对应计算方法。
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。
图1.1 升压斩波电路主电路图首先假设电感L 值很大，电容C 值也很大。
当V-G 为高电平时，Q1导通，12V 电源向L 充电，充电基本恒定为1I ,同时电容C 上的电压向负载R 供电，因C 值很大，基本保持输出电压o u 为恒值，记为o U 。
升压斩波电路原理
升压斩波电路原理
升压斩波电路是一种常见的电路，用于将输入电压提升到较高的输出电压。
该电路主要由三个部分组成：升压变压器、整流滤波电路和斩波电路。
升压变压器是升压斩波电路的核心部分。
它由一个原/输入线圈和一个副/输出线圈组成。
输入电压通过原线圈产生磁场，进而通过电磁感应作用在副线圈上产生输出电压。
输出电压的大小与线圈的匝数比有关，一般情况下副线圈的匝数要大于原线圈，从而实现电压的升高。
整流滤波电路用于将变压器输出的交流电压转换为直流电压。
它通常包括一个整流器和一个滤波器。
整流器主要有二极管和整流管，用于将输入交流电压转换为单向的脉冲电压。
滤波器主要由电容器和电感器组成，用于平滑输出电压，减小波动。
斩波电路主要用于调节输出电压的大小。
常见的斩波电路有单向斩波电路和双向斩波电路。
单向斩波电路通过开关控制电源连接和断开，将输出电压调节为所需值。
双向斩波电路通过两个相互控制的开关，可以实现输入电压的升高或降低。
通过以上三个部分的协同作用，升压斩波电路可以将输入电压经过变换和整流滤波处理，得到升高的输出电压。
这种电路常用于需要较高电压供电的应用，如电子设备、通信设备等。
分别简述升降压斩波电路和cuk斩波电路的基本原理
分别简述升降压斩波电路和cuk斩波电路的基本原理
升降压斩波电路是一种常用的电力电子器件，用于将输入电压调整为需要的输出电压。
它由一个功率开关管、滤波电容、电感和电阻组成。
基本原理是通过控制功率开关管的导通和截止，将输入电压转换为脉冲信号，然后通过滤波电容和电感将脉冲信号平滑成所需要的输出电压。
具体工作过程如下：当功率开关管导通时，输入电压通过电感和滤波电容充电，同时输出电压也会上升；当功率开关管截止时，电感中的电流继续流动，通过电容提供给负载，输出电压继续维持，但会有一定的脉动。
通过控制功率开关管的导通和截止时间，可以调整输出电压的大小和稳定性。
cuk斩波电路是一种特殊的降压-升压电路，也被称为可逆式斩波电路。
它由两个功率开关管、两个电感、两个滤波电容和一个电容组成。
与升降压斩波电路不同的是，cuk斩波电路没有输出变压器，因此更加简洁和紧凑。
基本原理是通过交替控制两个功率开关管的导通和截止，将输入电压转换为输出电压。
在导通期间，输入电压经过电感和滤波电容充电，同时输出电压也会上升；在截止期间，电感中的电流继续流动，通过电容提供给负载，输出电压继续维持，但会有一定的脉动。
通过控制两个功率开关管的导通和截止时间，可以调整输出电压的大小和稳定性。
升降压斩波电路和cuk斩波电路的基本原理都是通过控制功率开关管的导通和
截止，将输入电压转换为所需要的输出电压。
它们的差异在于cuk斩波电路是一种特殊的降压-升压电路，没有输出变压器，更加紧凑和简洁。
这两种电路在实际应用中都具有较为广泛的用途，可以根据具体需求选择合适的电路。
升压斩波电路工作原理
升压斩波电路工作原理
升压斩波电路是一种常用的电路，用于将输入电压提升至更高的输出电压。
它主要由变压器、开关管、电感和电容等元件组成。
工作原理如下：
1. 输入电压经过变压器的步进升压，得到较高的交流电压。
2. 这个高压信号经过开关管，开关管的导通与截止相互切换，使原本稳定的电压得到周期性的转换，产生脉冲信号。
3. 脉冲信号通过电感和电容元件进行滤波，将高频脉冲转换为平滑的直流电压。
4. 最后，输出电压经过变压器降压，从而得到所需的升压输出。
这种工作原理中，开关管起到了关键作用。
开关管的导通和截止状态切换很快，使得电路中断的时间极短，从而提供了高效的能量转换。
此外，通过调整开关管的导通和截止时间，可以控制输出电压的大小。
升压斩波电路具有体积小、效率高、输出稳定等优点。
广泛应用于电源设备、电力传输以及电子设备中。
升降压斩波电路应用实例
升降压斩波电路应用实例升降压斩波电路是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于电子设备的电源供电、调节、保护等方面。
本文将以实际应用为基础，详细介绍升降压斩波电路的工作原理、特点及应用实例。
一、升降压斩波电路的工作原理升降压斩波电路常用的工作原理是：通过开关管控制电源信号的ON/OFF，进而实现对电压的调整，从而实现升降压操作。
通俗点讲，斩波电路就是将原始的交流电经过整流、滤波等处理后，加以调节输出符合设备要求的电压形式的电路。
在升降压斩波电路中，同步开关电源是常用的开关管，采用高频输出的方式，在通断电的控制下，可以快速调节电压、电流等参数，输出稳定精准的电源供应。
二、升降压斩波电路的特点1、可实现高精度调节。
升降压斩波电路可以通过控制电源信号的开关实现对电压、电流的快速调节，具有高精度、高稳定性的特点。
2、适用范围广泛。
升降压斩波电路可应用于家电、电子产品、机械设备及各种工控设备的电源调节及保护方面。
3、单向导电性。
升降压斩波电路大部分为单向导电特性，具有保护电路的作用，可以避免电压超限、过流等问题的发生。
4、低气隙。
升降压斩波电路由于采用高频输出，故具有低气隙特点，有利于节约能源的消耗及减轻环境污染。
三、应用实例（1）电动汽车充电器在电动汽车充电器中，升降压斩波电路可以精确控制电源输出电压和电流，并对电池充电过程中的电量、电压、电流等参数进行监控，并且可以根据这些参数进行调整实现快速充电、保护电池、延长电池寿命等功能。
（2）太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统中的升降压斩波电路，可实现对太阳能电池板的电压和电流进行调节，使其能够适应不同的光照条件。
还可以采用升降压斩波电路对太阳能电池板的电量进行监测和调节，实现太阳能光伏发电系统的智能化控制。
（3）医疗设备在医疗设备领域，升降压斩波电路是一种非常常见的电源调节技术，可以在保证设备稳定运行的实现对电源电压和电流的精确调节，保护设备免受电源电压变化和突波等影响。
升压斩波电路
5.1.2 升压斩波电路
数量关系
设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton
设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为Uo EI1toff
稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：
EI1ton (Uo E)I1toff
化简得：U o
ton toff toff
Io
1
b2
E R
(5-25) (5-26)
3-3
5.1.2 升压斩波电路
2) 升压斩波电路典型应用
一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正（PFC）电路 三是用于其他交直流电源中
用于直流电动机传动
再生制动时把电能回馈
a)
给直流电源。
uo
E
uo
E
电动机电枢电流连续和
O
t
O
t
断续两种工作状态。
E
T toff
E
（5-20） （5-21）
T/toff>1，输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。
T
/ toff
——升压比；升压比的倒数记作b
，即
b
toff T
。
b和a的关系： a为 U o
1
b
E 1
1a
E
（5-25）
3-2
5.1.2 升压斩波电路
直流电源的电压基本是 恒定的，不必并联电容
i
i1
i2
io
I
I
20
I
10
10
i1
i2
I 20
O
t on
toff
T
t
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电力电子课程设计目录一、综述 (1)二、电路组成 (1)2.1、电容滤波二极管不可控整流电路 (1)2.1.1、电容滤波二极管不可控整流电路的电路图 (1)2.1.2、电路分析 (2)2.2、PWM控制电路 (3)2.2.1、TL494内部组成与功能 (3)2.2.2、PWM控制电路 (4)2.3、驱动电路 (4)2.3.1、功率驱动集成芯片IR2110 (5)2.3.2、基于IR2110的驱动电路 (5)2.4、boost升压斩波电路 (6)2.4.1、boost升压斩波电路图 (6)2.4.2、boost斩波电路原理分析 (6)2.4.2.1、基于实际电路的分析 (6)2.4.2.2、对于电路的粗略估算 (8)2.4.2.3、开关频率和占空比对电路的影响 (8)三、总电路图及其调试 (10)四、参考文献 (12)一、综述本直流斩波电路基于TL494脉冲触发电路设计，采用IRf640N电力MOS 管和IR2110驱动芯片。
本电路由四部分组成：电容滤波二极管不可控整流电路，PWM控制电路，驱动电路，boost斩波电路。
工频正弦交流电经电容滤波二极管不可控整流电路整流，变为具有很小纹波的直流电，作为boost斩波电路的直流电压输入，以TL494芯片为核心的脉冲产生电路产生PWM波，经由以IR2110为核心的驱动电路接至MOS管的门极和原极，控制MOS管的开断，进而影响boost斩波电路的占空比，通过改变PWM 波的占空比改变boost斩波电路输出电压。
同时利用TL494的两个误差放大器设置过电压保护和过电流保护，驱动电路将控制电路和主电路经行电气隔离，对控制电路起保护作用。
二、电路组成本电路共有四部分：电容滤波二极管不可控整流电路，PWM控制电路，驱动电路，boost升压斩波电路。
2.1、电容滤波二极管不可控整流电路2.1.1、电容滤波二极管不可控整流电路的电路图D11B4B421243C110µFV1120 Vrms60 Hz0°R110000Ω该电路输出是具有很小纹波的直流电压，波形近似为：2.1.2、电路分析如上图，假设经过整流后的电压的幅值U ，则一个周期内的波形为sin()U wt 当电路开始工作时，电源先对电容和负载进行供电，此时电容处于充电状态，直到电容电压大于整流后的电源输出电压，此时电流为零： sin()cos()U wt i Ucw wt R=+ arctan()wt Rcw π=-故当电容开始放电时的电压为0sin(arctan())u U Rcw π=-此后二极管饭后截至，电容开始放电，直到电容电压再次和电源输出电压相同：0u cR u t∂+=∂ 解得： sin(arctan())tRcu U Rcw e -= sin(arctan())u U Rcw wt =+根据具体的参数Rc和w，利用作图法可以求得电容电压和整流输出电压相等时的电角度。
易知当负载越大时，滤波电压波动性越大，电容越大时，波动性越小。
2.2、PWM控制电路本电路基于TL494电压型脉冲宽度调制电路，TL494集成了全部的脉宽调制电路。
片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。
内置误差放大器。
内置5V参考基准电压源。
可调整死区时间。
内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。
推或拉两种输出方式。
本电路利用两误差放大器，和死区时间引脚，完成过电压保护，过电流保护和软开关功能。
2.2.1、TL494内部组成与功能TL494内部含有一个线性锯齿波发生器，两个误差放大器，一个死区时间比较器，一个PWM比较器，脉冲换向器。
振荡器的震荡频率（开关频率）有外接的定式电阻RT和定式电容CT决定，RT，CT的值与振荡频率的关系为：1.1 oscT T fR C锯齿波的幅度与误差放大器的输出电压由脉宽调制（PWM）比较器进行比较，PWM比较器的输出送到脉冲触发电器和输出控制逻辑。
误差电压由误差放大器产生，误差放大器将输出电压和5V内部备参考电压内部参考源之间的电压差放大，第二个误差放大器通常用来完成电流的限制功能。
输出控制逻辑用来选择功率管推挽输出还是单端输出。
死区时间控制用来防止两个输出晶体管的同台交叠。
如果死区时间控制接地，死区时间占总周期的3-5%。
可以用外接电阻的电容来改善误差放大器的频响。
这些外接元件通常接在补偿端和误差放放大器的反相输入端之间。
2.2.2、PWM控制电路引脚12，11,8,接到24V直流电源，反馈电压接在误差放大器1的同相输入端，其反相输入端引脚2通过4.7KΩ的电阻与TL494内部基准电源的输出端引脚14相连接。
在反馈引脚3与引脚2之间介入RC反馈网络，构成高频增益及抑制高频寄生振荡。
死区时间控制引脚4通过10KΩ电阻接地，并且与引脚14μ电容相连，电阻和电容构成软启动电路。
当系统上电时，由于电之间通过10F容的两端电压不能突变，所以引脚14输出的5V基准电压全部加在软启动电阻上，使死区控制引脚4处于高电平，死区时间比较器的输出为高电平，输出极截止，变换器不工作，两个Tip32管截止，开关电源无输出。
随着软启动电容逐渐充电，电容两端的电压逐渐升高，软启动电阻两端的电压逐渐降低，输出晶体管逐渐开通，两个Tip321管逐渐开始工作。
在变换器正常工作过程中，软启动电阻两端的电压近似为零。
误差放大器2的同相输入端引脚15通过1KΩ电阻与boost输出电路的接地端连接在一起，反相输入端接地，用于抑制boost输出端电流过大。
9,10引脚通R7和R10接地，其中在R7和R10之间引出控制线，作为PWM信号。
2.3、驱动电路驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。
驱动电路一方面将控制信号放大，另一方面提供电气隔离，保护控制电路。
本驱动电路是基于IR2110功率驱动集成芯片设计的。
2.3.1、功率驱动集成芯片IR2110IR2ll0 采用CMOS 工艺制作，逻辑电源电压范围为5 V ~ 20 V，适应TTL 或CMOS 逻辑信号输入，具有独立的高端和低端2 个输出通道。
由于逻辑信号均通过电平耦合电路连接到各自的通道上，容许逻辑电路参考地（USS）与功率电路参考地（COM）之间有- 5 V和+ 5 V 的偏移量，并且能屏蔽小于50 ns 的脉冲，这样有较理想的抗噪声效果。
引脚l 和7 是两路独立的输出，分别是LO（低端输出）和HO（高端输出），引脚3 和6 分别是VCC（低端电源电压）和VB（高端浮置电源电压），引脚9（VDD）是逻辑电路电源电压，引脚2（COM）是低端电源公共端，引脚5 和l3 分别是VS（高端浮置电源公共端）和VSS（逻辑电路接地端），引脚l0（HIN）是逻辑输入控制端，引脚ll（SD）是输入关闭端，引脚l2（LIN）是低端逻辑输入。
IR2ll0 浮置电源采用自举电路，其高端工作电压可达500 V，工作频率可达到500 kHz。
两路通道均带有滞后欠压锁定功能。
2.3.2、基于IR2110的驱动电路本驱动电路如下图所示，IR2110的9号引脚与TL494的14号引脚相连，向IR2110提供稳定5V电平，12号引脚和PWM控制电路的输出控制信号相连，为IR2110低端电压输出提供控制信号，15V电源通过滤波电容接地，同时和低端电源电压引脚3相连。
L0位低端电压输出端，和电力MOS管相连，提供开关信号。
2.4、boost 升压斩波电路2.4.1、boost 升压斩波电路图本电路选用IF640N 电力MOS 管作为开关器件，电路为：其中IF640N 的门极与驱动电路的1号引脚相连，R9左端引脚和TL494的误差放大器2的反相输入端相连，R1和R2引脚之间的引脚和TL494的同相输入端相连。
2.4.2、boost 斩波电路原理分析2.4.2.1、基于实际电路的分析假设一个周期内电力MOS 管的导通时间为on t ，关短时间为off t ，输入端为理想电压源，电压为U ，假设电路开始工作时，MOS 管进入关断状态。
取1i 为此阶段电阻R 支路的电流， 2i 为电容C 支路的电流，流经电感l 的电流为3i ，电阻R 的端电压为u ，则有：1u i R= 2u i c t∂=∂ 312i i i =+3i U lu t∂=+∂ 联立以上各式的u 为： 22u l u cl u U t R t∂∂++=∂∂解得：u U =+到电力MOS 管开通时，电容C 的端电压为0u ，电感电流为0i ：off off t t u U --=+ 00()off ff u t u i c t t Rt ∂=+=∂ 当MOS 管处于导通状态时，电容对负载供电，电感与电源短接电流迅速增大： 对于电容侧有：0u Rc u t∂+=∂ 解得： 10t Rc u u e -=对于电感侧，取l R 为电感回路的总电阻则有：0()r t l U U i i e R R-=-- 则当经过on t 时间后电容和电感的分别为1u ，1i110on t Rc u u e -=10()on r t l U U i i e R R-=-- 当电力MOS 管第二次处于关断时其输出电压和电感电流为：根据以上推导可知根据n u ，n i 可得1n u +，1n i +的表达式，通过分析易知当2n ≥时boost 斩波电路输出电压u 的波形已经趋紧稳定。
通过对一个周期内对输出电压的积分可得 0on ffout off t t u U t += 由on on off t t t α=+，故 11out u U α=- 2.4.2.2、对于电路的粗略估算假设电路经过过渡期进入稳定状态，电感足够大使的电感电流波动很小，输入端电压为u ，输出端电压为o u ，则在一个工作周期内，电感存储的能量等于释放的能量。
电力MOS 管导通时，电感存储的能量为：on uit ，电力MMOS 关断时电感释放的能量为：()o off u u it -，根据以上分析有：()o off on u u it uit -= 解得on off o offt t u u t += 由on on off t t t α=+可得11o u u α=- 2.4.2.3、开关频率和占空比对电路的影响在电感电容和输入电压确定之后，boost 斩波电路的输出电压主要取决于占空比，但随着占空比的提高，电力MOS 管的导通时间相对延长，使得电感电流增大，电感的发热量增大，因此在开关频率一定的的情况下，占空比大大小受到电感的限制而不能设置的很大，如下图所示：工作频率500Hz 占空比50% 电感电流峰值181.541mA工作频率500Hz 占空比64% 电感电流峰值481.573mA工作频率500Hz 占空比80% 电感电流峰值1.188A从以上三个对比试验可以看出单独增大占空比，会使电感电流的基础电流和峰值电流都提高。