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

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1 BOOST斩波电路工作原理.................................................................................................. - 1 -1.1 主电路工作原理...................................................................................................... - 1 -1.2 控制电路选择.......................................................................................................... - 1 -2 硬件调试 ................................................................................................................................. -3 -2.1 电源电路设计.......................................................................................................... - 3 -2.2 升压（boost）斩波电路主电路设计 ..................................................................... - 4 -2.3 控制电路设计.......................................................................................................... - 5 -2.4 驱动电路设计.......................................................................................................... - 8 -2.5 保护电路设计.......................................................................................................... - 9 -2.5.1 过压保护电路.............................................................................................. - 9 -2.5.2 过流保护电路............................................................................................ - 10 -2.6 直流升压斩波电路总电路.................................................................................... - 11 - 3总结 ........................................................................................................................................ - 12 - 4参考文献 ................................................................................................................................ - 12 -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 =+=2图1-2 SG3525脉冲产生电路图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。

off t 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 E E U o αβ-==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；内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 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。