BOOST電路方案設(shè)計

1、實踐與探究環(huán)節(jié)項目研究報告項目名稱 基于PWM控制BOOST變換器設(shè)計一、目的 1熟悉BOOST變換電路工作原理，探究PID閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計方法。2熟悉專用PWM控制芯片工作原理，3探究由運(yùn)放構(gòu)成的PID閉環(huán)控制電路調(diào)節(jié)規(guī)律，并分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。二、內(nèi)容 設(shè)計基于PWM控制的BOOST變換器，指標(biāo)參數(shù)如下：n 輸入電壓：9V15V；n 輸出電壓：24V，紋波<1%；n 輸出功率：30Wn 開關(guān)頻率：40kHzn 具有過流、短路保護(hù)和過壓保護(hù)功能，并設(shè)計報警電路。n 具有軟啟動功能。n 進(jìn)行Boost變換電路的設(shè)計、仿真（選擇項）與電路調(diào)試三、實驗儀器設(shè)備 1示波器 2穩(wěn)壓電源 3電烙鐵 4

2、計算機(jī) 5萬用表四、研究內(nèi)容 （一）方案設(shè)計本設(shè)計方案主要分為4個部分：1）Boost變換器主電路設(shè)計；2）PWM控制電路設(shè)計；3）驅(qū)動電路設(shè)計；4）保護(hù)電路設(shè)計。系統(tǒng)總體方案設(shè)計框圖如圖1.1所示。圖1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計框圖1主電路參數(shù)設(shè)計1,2電路設(shè)計要求：輸入直流電壓915V，輸出直流電壓24V，輸出功率30W，輸出紋波電壓小于輸出電壓的1%，開關(guān)頻率40kHz，Boost電路工作在電流連續(xù)工作模式（CCM）。Boost變換器主電路如圖1.2所示，由主開關(guān)管Q、電感L、濾波電容C、功率二極管VD和負(fù)載R組成。圖1.2 Boost變換器主電路1）電感計算忽略電路損耗，工作在CCM狀態(tài)，

3、根據(jù)Boost電路輸出電壓表達(dá)式可得PWM占空比：即，。由于，當(dāng)D=0.375時臨界電流為最大，為使電路工作在CCM狀態(tài)，有，即取輸出電流紋波小于40%，即：綜上，取電感為的磁環(huán)電感。2）輸出濾波電容計算由輸出電壓紋波小于1% 得：實際選用的高頻電解電容。3）主開關(guān)管選取主開關(guān)管承受的最大漏源電壓為最大輸出電壓24V，考慮到過載條件，開關(guān)管最大實際漏源電流為：考慮到實際電壓電流尖峰和沖擊，電壓電流耐壓分別取2.5和2倍裕量，即應(yīng)選取耐壓高于60V，最大電流6A。實際選用IRF540N型MOSFET管，最大漏源電壓100V，最大漏極電流22A，通態(tài)電阻0.055，最高開關(guān)頻率超過10MHz。4）

4、功率二極管選擇因系統(tǒng)開關(guān)頻率為40KHz，頻率較高，故考慮選用快恢復(fù)二極管。二極管最大承受電壓為24V，最大電流為1.25A，故實際選取600V/ 30A的快恢復(fù)二極管MUR1560。2控制電路設(shè)計本設(shè)計的控制部分采用集成控制芯片SG3525，以簡化控制電路的設(shè)計并提高系統(tǒng)的可靠性，SG3525控制電路圖如圖1.3所示。圖1.3 SG3525控制電路圖1）開關(guān)頻率的設(shè)計開關(guān)頻率由SG3525的第5、6、7引腳所接的定時電容、定時電阻和放電電阻確定，其計算公式為：故選取，對應(yīng)開關(guān)頻率為40KHz。2）電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計為了使電路具有較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，本設(shè)計通過在SG3525的1、2、9引腳加入相

5、應(yīng)的PI電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓恒定在24V。選取PI的調(diào)節(jié)參數(shù)分別：電阻，即，。3驅(qū)動電路設(shè)計如圖1.4所示是主開關(guān)管MOSFET管驅(qū)動電路，是由三極管Q1和Q2組成的推挽電路。開通時，提供+15V電壓信號，關(guān)斷時提供-5V電壓信號，使MOSFET可以快速的可靠地開通關(guān)斷。該驅(qū)動電路輸入為控制電路的輸出即PWM波，輸出接MOSFET的柵極（G極）。圖1.4 驅(qū)動電路4過壓保護(hù)電路設(shè)計如圖1.5所示是過壓保護(hù)電路原理圖，主要由比較放大器LM358、D觸發(fā)器74HC7AH和LED燈構(gòu)成。保護(hù)電路的過壓臨界電壓設(shè)定為27V。由原理圖可知，比較器的反相端的參考電壓為2.5V（將SG3525的16

6、引腳所提供的5.1V基準(zhǔn)電壓通過一個電位器分壓得到），比較器同相端的過壓信號是從主電路的反饋端接入的。當(dāng)輸出電壓超過27V時，比較器的輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑藭rD觸發(fā)器的Q端隨輸入端跳變到高電平，LED燈被點亮，并給SG3525的10引腳一個外部關(guān)斷信號，使控制電路輸出被禁止，從而實現(xiàn)電路故障保護(hù)功能。同時，將105的電容和1K電阻跨接在5.1V電壓與GND之間，并從中間抽頭接入D觸發(fā)器復(fù)位端1端。這樣，在開始上電時，電容相當(dāng)于開路，使復(fù)位端置于高電平，起到復(fù)位的作用；當(dāng)過壓時，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，電容充電，使得最終在RC時間內(nèi)電容充電完成，復(fù)位端置低電平，整個D觸發(fā)器等待被過壓信號觸發(fā)。而一

7、旦過壓信號消失，電容放電，復(fù)位端重新置于高電平，電路復(fù)位，保護(hù)功能取消，電路繼續(xù)正常工作。圖1.5 過壓保護(hù)電路原理圖圖2.3 保護(hù)電路仿真結(jié)果（三）系統(tǒng)實驗驗證1電路的焊接與調(diào)試為進(jìn)行系統(tǒng)實驗驗證，首先需要按照所設(shè)計的電路原理圖，在多功能印制板上進(jìn)行電路的焊接與調(diào)試，如圖3.1所示是本系統(tǒng)電路原理圖。根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)成，將主要分為PWM控制電路、主電路、保護(hù)電路這三個部分來進(jìn)行電路的焊接與調(diào)試。圖3.1 系統(tǒng)原理圖1）PWM控制電路PWM控制電路焊接完成并且檢查無誤后，首先進(jìn)行開環(huán)調(diào)試。具體方法是：將SG3525的1腳和9腳之間所接的閉環(huán)控制回路斷開，然后1腳和9腳短接，觀察11、14腳是否有P

8、WM波輸出。若無PWM輸出，則逐步排查電路。若有PWM波輸出，則通過調(diào)節(jié)2腳所接的可調(diào)電位器來調(diào)節(jié)占空比。檢查推挽電路的輸出波形，正常情況下應(yīng)該是有正有負(fù)的PWM波，且PWM波的最大值應(yīng)大于5V，最小值應(yīng)小于-1V?？梢酝ㄟ^調(diào)整推挽電路的電阻參數(shù)，來完成高質(zhì)量的PWM波輸出。2）主電路主電路的焊接應(yīng)當(dāng)注意：因為主功率線所流過的電流比較大（帶負(fù)載時將近3A），故應(yīng)使用比較粗的銅線。主電路與控制電路是共地的，能否可靠共地對實驗?zāi)芊耥樌瓿善鸬搅酥陵P(guān)重要的作用。焊接完成后，接入電感，并將PI閉環(huán)控制回路接入SG3525的1腳和9腳，設(shè)置好PI調(diào)節(jié)的參數(shù)，檢查無誤后即可上電調(diào)試。上電時應(yīng)使主電路的輸入電壓逐漸升高至9V，同時用示波器觀測主電路的輸出端電壓變化，當(dāng)輸入穩(wěn)定在9V時調(diào)節(jié)SG3525的2腳的電位器，使主電路輸出電壓穩(wěn)定在24V。至此，主電路調(diào)試完成。3）保護(hù)電路保護(hù)電路也比較簡單，按照原理電路圖焊接即可。首先SG3525的10腳與GND斷開，然后再將過壓信號經(jīng)觸發(fā)器5腳輸出后