升压斩波电路课程设计报告

1、电力电子技术课程设计报告设计题目：升压斩波电路的设计英文题目：The Design of Boost Chopper院 系： 电气工程与自动化 年级专业： 2011级电气工程及其自动化 姓 名：） ） ） 2014年6月30日目录目录21. 设计的题目31.1引言31.2升压斩波电路的应用42.设计的任务：42.1 课程设计要求42.2Boost电路技术参数及要求43.设计的依据：53.1总体构思依据53.2理论计算依据54.设计的内容：64.1主电路的选择与计算过程64.1.1直流斩波电路由直流电源、MOSFET、电感、电容、续流二极管以及负载组成。具体原理电路图如下：64.1.2主电路的理

2、论计算：64.1.3主电路的仿真74.1.4主电路的仿真输出波形84.2控制电路的选型与计算过程84.2.1NE555的引脚图及引脚84.2.2 NE555工作原理94.2.3控制电路原理图94.2.4控制电路理论计算过程104.2.5控制电路的仿真与波形输出104.3带tlp250光耦合器的驱动电路的选型114.3.1 tlp250引脚图及引脚114.3.2采用tlp250的原理114.4绘制原理图和PCB124.4.1主电路原理图124.4.2主电路PCB图134.4.3 555电路图134.4.4 光耦tlp250原理图134.4.5稳定光耦tlp250输出电压原理图144.4.6控制电

3、路pcb图144.5列出元器件的规格、型号和明细表144.6PCB实物制作和调试过程154.6.1主电路实物图164.6.2控制电路实物图164.6.3调试过程164.6.4调试结果为：占空比为30%时，174.6.5理论值与实际值的比较174.7实验结果分析和处理175.心得体会186.主要参考文献191. 设计的题目1.1引言 随着电力电子技术的迅速发展，高压开关稳压电源已被广泛用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。所有动力机装置需要一个稳定的电力输送装置，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。但有时那转变的直流电压同所需设备要求人

4、仍不相符，仍需变换，称为DC/DC变换。直流斩波电路作为将直流电，变成另一种固定电压的DC-DC变换器，在充电蓄电电路、直流传动系统、电力电子变换装置、开关电源及各种用电设备中得到普遍的应用。随之出现了诸如升压斩波电路、降压斩波电路、复合斩波电路、升降压斩波电路等多种方式的变换电路。直流斩波技术，已被广泛运用于直流开关电源和电机推动中，使其控制获得加速平滑、快速响应、加快节能的效果。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

5、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。 本次的课程设计主要是升压斩波电路的设计。 本设计是基于NE555芯片为核心控制的PWM升压斩波电路（Boost chopper）.设计采用Matlab和Protel及protues三个软件进行仿真制作。先提出设计的目的，设计要求，然后根据目的和要求找出主电路，控制电路的设计方案，然后根据设计方案确定元器件选择，protues画出原理图，然后仿真出波形。Matlab主要是理论分析，借助其强大的数学计算和仿真功能可也很直观的看到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

6、控制量的关系。Protel进行封装，印刷出电路板进行实际调试。1.2升压斩波电路的应用 升压斩波电路目前的典型应用，一是用于直流电动机传动，二是用作单相功率因数校正（power factor correction,PFC）电路，三是用于其它交直流电源中。 2.设计的任务：2.1 课程设计要求1) 熟悉掌握变换电路和控制电路的基本原理，掌握主电路设计的过程（包括计算和器件选型）2) 能够运用所学的理论知识，分析设计任务并使用Matlab或Saber等仿真说明3) 能正确设计电路与图纸（Protel99se/AltiumDesign原理图和单层板PCB图纸），完成PCB实物制作并调试4) 掌握实际

7、电路的测量与调试方法，对数据和波形分析、处理并加以判断2.2Boost电路技术参数及要求1）输入直流电压：Ud=24V；2) 输出功率：030W；3）开关频率：1020KHz；4) 占空比：10%50%；5）输出电压脉率：小于10%。3.设计的依据：3.1总体构思依据直流斩波电路总共分为三个部分电路摸块，分别为主电路模块控制电路模块和驱动电路模块。 1、主电路模块： 由MOS管的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。2、控制电路模块：用来PWM技术控制MOS管的开通与关断。 3、驱动电路模块：用555谐振荡器来驱动MOS管原理框图：控制电路驱动电路555谐振荡器Boost主电路43.

8、2理论计算依据假设L值、C值很大，V通时，E向L充电，充电电流恒为，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压为恒值,记为。设V通的时间为，此阶段L上积蓄的能量为，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，则此期间电感L释放能量为稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，化简得：.（1-1）.（1-2），输出电压高于电源电压，故称升压斩波电路。也称之为Boost Chopper变换器。升压比，调节其即可改变Uo。将升压比的倒数记作，即。和导通占空比，有如下关系： . （1-3）因此式（1-2）可表示为: .（1-4）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

9、有使电压泵升的作用电容C可将输出电压保持住4.设计的内容：4.1主电路的选择与计算过程 4.1.1直流斩波电路由直流电源、MOSFET、电感、电容、续流二极管以及负载组成。具体原理电路图如下：4.1.2主电路的理论计算：1）输出电压： .(1-5)2）输出电流： 3）负载阻值： . (1-6) 4）纹波电压： 5）电容： 6）电感： 4.1.3主电路的仿真直流电源参数设置为24V，占空比取30%。4.1.4主电路的仿真输出波形4.2控制电路的选型与计算过程4.2.1NE555的引脚图及引脚因为设计课题要求，所以选用555作为PWM发生芯片来进行连续控制。8脚是集成电路工作电压输入端，电压为51

10、8V表示；从分压器上看出，上比较器A1的脚接在 R1 和R2之间，所以5脚的电压固定在2UCC/3上；下比较器A2接在R2与R3之间，A2的同相输入端电位被固定在UCC/3上。1脚为地。2脚为触发输入端；3脚为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器接受上比较器2脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用，高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。 6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2 Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条

11、件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可打200mA。 4脚是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。 5脚是控制端。 7脚称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。4.2.2 NE555工作原理555电路它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS

12、触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6端输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3端输出低电平，同时放电开关管导通。4.2.3控制电路原理图 4.2.4控制电路理论计算过程取占空比，频率取则由,得：； 4.2.5控制电路的仿真与波形输出4.3带tlp250光耦合器的驱动电路的选型4.3.1 tlp250引脚图及引脚4.3.2采用tlp250的原理因为主电路电压均为高电压、大电流情况，而控制单元为弱电电路，所以它们之间必须采取光电隔离措施，以提高系统抗干扰措施，可采用带光电隔离的MOSFET驱动芯片TLP250。光耦TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFET和IGBT

13、的功率型光耦，由日本东芝公司生产，其最大驱动能力达1.5A。选用TLP250光耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离，又具备了直接驱动MOSFET的能力，使驱动电路特别简单。4.4绘制原理图和PCB4.4.1主电路原理图4.4.2主电路PCB图4.4.3 555电路图 4.4.4 光耦tlp250原理图4.4.5稳定光耦tlp250输出电压原理图4.4.6控制电路pcb图4.5列出元器件的规格、型号和明细表器件名称规格型号个数（个）保险丝1.5AF1.5AL2501保险丝座2船型开关10A/250VAC1电解电容50V/470uf1电解电容50v/220UF140芯彩色扁平电缆线

14、若干1.5方多股电缆（红）若干1.5方多股电缆（黑）若干1.5方多股电缆（黄）若干独石50V/0.1uf1045独石50V/0.01uf1035MOSFETIRF530N1快恢复二极管MBR101501稳压管5.1V1二极管IN40042高速光耦TLP2501功率电感1mH2电阻1K,3K,100，10K各1个滑动变阻计2K1大功率可调线绕电阻200RXG20-T-50W1控制芯片NE555NE5551接插件2EDG-5.08-2P48脚圆孔IC插座2开关稳压电源120W,24V1单相三线电源线14插位带独立触点开关3米插线板1ACDC辅助电源12V，1A1ACDC辅助电源5V, 1A14.6

15、PCB实物制作和调试过程4.6.1主电路实物图4.6.2控制电路实物图4.6.3调试过程调试时可分为三个模块进行：1、555脉冲产生模块测试：这是测试控制回路的最基本要求，分别测试脉冲波形、频率与幅值，并通过调节电位器改变占空比。2、光耦隔离器触发脉冲测试：光耦隔离器TPL250为MOSFET管的驱动模块，其产生一个高电平为7V和一个低电平为-5V的驱动脉冲，频率与555脉冲一致。3、主回路负载两端输出测试：负载两端的电压波形与仿真一致，输出电压结果与计算结果和仿真一致，调节不同占空比可得到不同脉振率的输出电压波形。4.6.4调试结果为：占空比为30%时，1）实际电路MOSFET触发脉冲波形为

16、方波 ； 2）实际输出电压值： 4.6.5理论值与实际值的比较器件名称理论值实际值主电路电容11.3uF220uF主电路电感96uH2mHNE555实际电路电阻3K1.3KNE555实际电路电阻7K4.7K4.7实验结果分析和处理在做完板子进行测试时发现控制电路输出脉冲的频率太低，低于5KHZ，使得主电路中的电感容易烧坏，便对控制电路中电阻RA和RB进行修改，使得最终输出的频率达到10KHZ以上。尽管如此，但是在测试主电路时发现电感还是还是容易发烫，并且正常工作一段时间后烧掉，于是便上网查阅相关资料发现是我们用的理论计算值220UH的电感太小，便对电感进行更换，换成1MH的电感后虽然不会很快烧

17、掉，但是还是会发烫得厉害。后面想再加大电感，但是实验室里面没有合适的电感，再大一些的就剩10MH的电感，但会使电压降低的太厉害，于是我们想到的处理办法是用两个1MH的电感进行串联，最后才使得主电路可以正常工作。通过这次实验结果分析得出的结论是按照本次实验的要求做的升压电路中电感的值应取23MH，负载两端的电容应取470UF，并且为使输出的波形毛刺少些，可在输出端加几个104、103的滤波电容。5.心得体会经过一番深刻的探究后，我们小组最终选择了难度适中的升压斩波电路设计。原本我们也曾考虑过反激电路的设计，但由于其设计过程和设计工艺对于我们来说过于复杂，而且缺乏理论知识的支撑，使课程设计结果可能

18、不尽人意，所以放弃该课题的设计实验。选定明确的课题任务以后，第一步，我们开始集合小组各个成员的力量，并分配各个成员的任务。通过各个渠道收集升压斩波电路各元件的计算公式，和NE555触发器的原理图，了解其各个引脚的工作方式以及运用NE555触发的控制电路的相关信息。之后，成员之间进行了相互讨论和推敲，得到令人满意的计算结果，再结合老师所给的参考信息，最终选定了控制电路及主电路的电感、电容和电阻等器件的型号。第二步，进行仿真电路的仿真，仿真软件包括MATLAB、PROTEL及PROTUES。由于在之前的电力电子课程中，老师已经提前教我们入门如何使用matlab进行一些简单的仿真以及protel的入门使用，我们对于软件的使用便没有那么生疏了。通过小组成员之间的相互合作，仿真过程进行的相当顺利，其结果也相当令人满意，得出理想的设计方案。最后一步，我们终于动手开始制作电路板，然后进行电路调试。在调试的其中我们也遇到了很多的问题，其中在调试555时基电路中示波器的接地触头放在12V电源的接地端，会发现示波器不会输出波形，而放在5V电源