开关直流升压电源BOOST设计.docx
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开关直流升压电源BOOST设计
摘要
BOOST电路,是一种DC-DC直流斩波电路,又称为升压型电路。
它能够是输出电压比输入电压高。
能够分为充电进程和放电进程。
本次采纳matlab仿真分析方式,可直观、详细的描述BOOST电路由启动抵达稳态的工作进程,并对其中各类现象进行细致深切的分析,便于咱们真正把握BOOST电路的工作特性。
关键词:
斩波电路、BOOST电路、导通、充电、放电
BOOSTcircuitisaDC-DCDCchoppercircuit,alsoknownastheboostcircuit.Itcanbetheoutputvoltageishigherthantheinputvoltage.Canbedividedintoaprocessofcharginganddischargingprocesses.ThematlabsimulationanalysismethodscanbeintuitiveanddetaileddescriptionofthetheBOOSTcircuitfromthestarttoreachasteady-stateprocessofworking,andvariousphenomenaindepthanalysisforustoreallygrasptheoperatingcharacteristicsoftheBOOSTcircuit.
Keywords:
choppercircuit,BOOSTcircuitisturnedon,thecharginganddischarging
前言
在非隔离型DC-DC电路即各类直流斩波电路,依照电路的形式不同,能够分为降压型电路、降压型电路、丘克电路、Sepic型电路和Zeta型电路。
BOOST电路存在电感电流持续和电感电流断续工作模式。
在充电进程中,IGBT导通,IGBT处用导线代替。
这时输入电压流过电感。
二极管避免电容对地放电。
在放电进程中,当IGBT截止时,由于电感的电流维持特性,流经电感的电流可不能马上变成0,而是缓慢的由充电完毕时的值变成0。
而原先的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两头电压升高,现在电压已经高于输入电压了。
BOOST电路有电路简单、电源侧电流波动小的优势,同时在开关电源领域内占有超级重要的地位,长期以来普遍的应用于各类电源设备的设计中。
对它工作进程的明白得把握关系到对整个开关电源领域各类电路工作进程的明白得。
1.系统方案设计
本系统需要对一直流电源进行直流斩波,通过操纵开关管的导通时刻,来操纵最终输出的电压。
整个系统包括BOOST主电路、闭环调剂模块、电压反馈模块。
系统方框图如图1所示:
图1系统方框图
2.电路的工作原理
Boost电路可称为升压斩波电路,假设电路中电感L值专门大,电容C值也专门大。
当V处于通态时,电源E向电感L充电,充电电流大体恒定为I1,同时C上的电压向负载R供电,因为C也专门大,大体维持输出电压为恒值U0.设V通态时刻为ton,现在期L积蓄能量为EI1ton。
当V处于断态时E和L一起向C充电,并向负载R提供能量。
设V处于断态时刻为toff,则这期间电感L释放能量为(U0-E)I1toff.一周期T中,电感L积蓄的能量和释放的能量相等,即
EI1ton=(U0-E)I1toff
化简得:
U0=T/toffE
输出电压高于电源电压。
电路结构如下图2
图2BOOST电路的结构
3.参数的计算
给定参数
1)输入交流电压220V(可省略此环节)。
2)输入直流电压在8-18V之间。
3)输出直流电压10-25V,输出电压相对转变量小于2%。
4)输出电流1A。
5)采纳脉宽调制PWM电路操纵。
计算L、C
由Boost的伏秒平稳,可得:
………………………………………………………………
又依照能量守恒,可得:
(
为CCMBoost电感的电流中心值)………………
当输出最小负载
,即
,也确实是Boost处于临界状态,可得:
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………
取
=22V,
D=
L=
经实际测量L取200uh,依照n=
=,选用绿色环形电感,绕N=6圈
二极管选型
依照系统最大电流,可选取最大许诺通过电流2A的二极管,本系统要紧选择FR207。
4.电路的分析
BOOST电路的工作模式分为电感电流持续工作模式和电感电流断续工作模式。
其中电流持续模式的电路工作状态如图4-1所示,
V处于通态时,设电动机电枢电流为i1,得下式
(1)
式中R为电机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设i1的初值为I10,解上式得
(2)
当V处于断态时,设电动机电枢电流为i2,得下式:
(3)
设i2的初值为I20,解上式得:
(4)
图4-1电流断续升压斩波电路波形图4-2电流持续升压斩波电路波形
当电流持续时,从图4-2的电流波形可看出,t=ton时刻i1=I20,t=toff时刻i2=I10,由此可得:
(5)
(6)
把上面两式用泰勒级数线性近似,得
(7)
该式表示了L为无穷大时电枢电流的平均值Io,即
(8)
对电流断续工作状态的进一步分析可得出:
电流持续的条件为
(9)
依照此式可对电路的工作状态作出判定。
5.matlab仿真分析
matlab是一种功能壮大的仿真软件,它能够进行各类各样的模拟电路和数字电路仿真,并给出波形输出和数据输出,不管对哪一种器件和哪一种电路进行仿真,均能够取得精准的仿真结果。
本文应用基于matlab软件对BOOST电路仿真,仿真图如图3所示,其中IGBT作为开关,以脉冲发生器脉冲周期T=,脉冲宽度为50%的通断来仿真图5中开关S的通断进程。
图5BOOST电路的PSpice模型
6.各模块功能及元器件选型
TL494工作原理
TL494的说明:
TL494是一种固定频率脉宽调制电路,它包括了开关电源操纵所需的全数功能,普遍应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。
TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式,以适应不同场合的要求。
其要紧特性如下:
TL494要紧特点集成了全数的脉宽调制电路。
片内置线性锯齿波振荡器,外置振荡元件仅两个(一个电阻一个电容)。
内置误差放大器。
内置5V参考电压源。
可调死区时刻。
内置功率晶体管可提供500MA的驱动能力。
推或拉两种方式。
TL494引脚图如图6-1所示:
图6-1TL494引脚散布图
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调剂,其振荡频率如下:
输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个操纵信号进行比较来实现。
功率输出管Q1和Q2受控于或非门。
当双稳触发器的时钟信号为低电平常才会被选通,即只有在锯齿波电压大于操纵信号期间才会被选通。
当操纵信号增大,输出脉冲的宽度将减小。
参见图6-2。
图6-2TL494操纵器时序波形图
操纵信号由集成电路外部输入,一路送至死区时刻比较器,一路送往误差放大器的输入端。
死区时刻比较器具有120mV的输入补偿电压,它限制了最小输出死区时刻约等于锯齿波周期的4%,当输出端接地,最大输出占空比为96%,而输出端接参考电平常,占空比为48%。
当把死区时刻操纵输入端接上固定的电压(范围在0—之间)即能在输出脉冲上产生附加的死区时刻。
开关频率的计算
TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,内置了线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调剂,其振荡频率如下:
系统采纳RC振荡器参数值别离为R=10K,C=4700PF,通过上式计算得,f=。
TL494的闭环调剂,如图6-3所示,TL494的IN2通道与feedback引脚组成一个闭环的PID调剂。
图6-3TL494闭环调剂
7.系统总设计原理图
系统总设计原理图如图7所示:
图7系统总设计原理图
7设计结果与分析
比较基准波形图
TL494的5、6号脚与外围电阻电容组成一个RC振荡器,为系统提供了比较基准源,其波形如图7-1所示:
图7-1比较基准波形图
TL494输出波形
TL494的9、10号脚的输出波形为驱动MOS开关管波形,如图7-2所示:
图7-2MOS驱动波形
输出纹波波形
由于Boost电路中的开关管的开断和电感电容的充放电,致使系统输出有较大的纹波,依照设置的电容值大小,最后输出的纹波波形,测试时示波器采纳交流挡测试,所测试的波形如图7-3所示:
图7-3输出纹波波形
电感输出波形
当开关管开通和关断进程中,电感处的输出波形与输入波形有专门大的区别,输入波形为系统电源输入波形,为直流波形。
其波形如图7-4所示:
图7-4电感输出波形
8实验小结
通过这次课程设计,对开关电源相关的基础课和专业基础课的明白得加倍的深刻和透彻,从系统的角度学习BOOST电路的组成、参数的计算,并结合了MATLAB仿真软件取得系统实现。
充分了解了如何用Matlab在电气方面建模,也对Matlab那个软件有了加倍深切的了解。
明白了此软件功能相当壮大,以后要加倍深切地学习。
在这次硬件仿真中,我对示波器的适用方式有了更深层次的了解,并能加倍熟练地操作示波器,对Boost斩波电路也有了一个实践意义上的明白得。
通过这次课程设计,我对电焊的精细达到更高的要求,不仅要完成课程设计的目标,还要做的漂亮,美观。
咱们学到了很多有效的知识,同时也发觉自身对专业知识把握的不够。
再次感激胡老师细心的讲解和耐心的指导,同时感激帮忙过我的同窗,因为你们这次课程设计得以顺利完成。
参考文献
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机械工业出版社,1998
[5]邓北川,浅谈模拟PID电路学习与识别,西安航空技术高等专科学校学报.2007
电力电子装置设计与制课程设计成绩评定表
姓名
学号
专业班级
课程设计题目:
开关直流升压电源(BOOST)设计
课程设计答辩记录:
1)升压电路为什么不应空载?
答:
电感电流断续时,总是有
>
/(1-D),且负载电流越小,
越高。
输出空载时,
→
,故升压电路不应空载,否则会产生很高的电压造成电路中元器件的烧坏。
2)电感电流在断续工作模式
-
时段的状态?
答:
电路处于开关状态3,
电感电流减小到零,二极管VD截至,电感电流保持零值,并且电感两端的电压也为零,直到
开关S再次开通,下个开关周期开始。
成绩评定及依据:
1.课程设计考勤情况(20%):
2.课程设计答辩情况(30%):
3.完成设计任务报告规范性(50%):
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定):
指导教师签字:
年月日
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- 开关 直流 升压 电源 BOOST 设计