开关直流升压电源(BOOST)设计

电气与电子信息工程学院《电力电子装置设计与制作》课程设计报告名称：开关直流升压电源(BOOST)设计专业名称：电气工程及其自动化班级：13级电气工程及其自动化（专升本）班学号：姓名：指导教师：南光群张智泉设计时间：2014年11月24日——12月5日设计地点：K2-306及K2-414实验室湖北理工学院课程设计报告2开关电源装置设计与制作报告成绩评定表姓名学号专业班级题目：开关直流升压电源11-16V(BOOST)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.考勤情况（20%）：2.实物制作（30%）：3.设计答辩（20%）：4.设计报告（完成情况、报告规范性等情况30%）：最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：指导教师签字：湖北理工学院课程设计报告3《电力电子装置设计与制作》课程设计任务书2014～2015学年第一学期学生姓名：专业班级：13级电气工程及其自动化（专升本）班指导教师：张智泉南光群工作部门：电气与电子信息工程学院一、课程设计题目：电力电子装置设计与制作二、课程设计内容根据题目选择合适的输入输出电压进行电路设计，在Protel或OrCAD软件上进行原理图绘制；满足设计要求后，再进行硬件制作和调试。如实验结果不满足要求，则修改设计，直到满足要求为止。设计题目选：题目二：开关直流升压电源(BOOST)设计主要技术指标：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，输出电压相对变化量小于2%。4）输出电流1A。5）采用脉宽调制PWM电路控制。湖北理工学院课程设计报告4三、进度安排序号名称时间1下发设计任务书，布置设计任务和设计要求、设计时间安排。一天2掌握锯齿波产生电路、电压反馈电路、控制电路的工作原理一天3掌握稳压电源电路工作原理半天4绘出原理框图以及各部分电路的详细连接图一天5学会借用电子线路CAD正确绘制电路图；一天6掌握焊接技术以及MOSFET、二极管、三极管等器件的检测方法半天7掌握电路的安装与调试一天8根据直流稳压电源电路的工作原理设计电路图一天9了解电子电路板的制作过程半天10学习电路原理图及印制电路板图的读图方法半天11掌握稳压开关电源的检测与调试一天12书写课程设计报告一天四、基本要求1、独立设计原理图各部分电路的设计；2、制作硬件实物，演示设计与调试的结果。3、写出课程设计报告。内容包括电路图、工作原理、实际测量波形、调试分析、测量精度、结论和体会。4、写出设计报告：不少于3000字，统一复印封面并用Ａ4纸写出报告。○1封面、课程设计任务书○2摘要，关键词（中英文）○3方案选择，方案论证○4系统功能及原理。（系统组成框图、电路原理图）○5各模块的功能，原理，器件选择○6实验结果以及分析○7设计小结○8附录---参考文献湖北理工学院课程设计报告5目录前言......................................................................错误!未定义书签。1.系统方案设计...................................................错误!未定义书签。2.电路的工作原理...............................................错误!未定义书签。3.参数的计算.......................................................错误!未定义书签。3.1给定参数.................................................................................93.2计算L、C................................................................................93.3二极管选型...........................................................................104．电路的分析................................................................................115．matlab仿真分析......................................................................136.各模块功能及元器件选型.........................................................146.1TL494工作原理.....................................................................146.2开关频率的计算....................................................................167.系统总设计原理图......................................................................178、设计结果与分析........................................................................188.1比较基准波形图....................................................................188.2TL494输出波形.....................................................................188.3输出纹波波形........................................................................198.4电感输出波形.......................................................................199实验小结...........................................................错误!未定义书签。参考文献..........................................................................................21湖北理工学院课程设计报告6摘要BOOST电路,是一种DC-DC直流斩波电路，又称为升压型电路。它可以是输出电压比输入电压高。可以分为充电过程和放电过程。本次采用matlab仿真分析方法,可直观、详细的描述BOOST电路由启动到达稳态的工作过程,并对其中各种现象进行细致深入的分析,便于我们真正掌握BOOST电路的工作特性。关键词：斩波电路、BOOST电路BOOSTcircuitisaDC-DCDCchoppercircuit,alsoknownastheboostcircuit.Itcanbetheoutputvoltageishigherthantheinputvoltage.Canbedividedintoaprocessofcharginganddischargingprocesses.ThematlabsimulationanalysismethodscanbeintuitiveanddetaileddescriptionofthetheBOOSTcircuitfromthestarttoreachasteady-stateprocessofworking,andvariousphenomenaindepthanalysisforustoreallygrasptheoperatingcharacteristicsoftheBOOSTcircuit.Keywords:choppercircuit,BOOSTcircuitisturnedon,thecharginganddischarging湖北理工学院课程设计报告7前言在非隔离型DC-DC电路即各种直流斩波电路，根据电路的形式不同，可以分为降压型电路、降压型电路、丘克电路、Sepic型电路和Zeta型电路。BOOST电路存在电感电流连续和电感电流断续工作模式。在充电过程中，IGBT导通，IGBT处用导线代替。这时输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。在放电过程中，当IGBT截止时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时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点，同时在开关电源领域内占有非常重要的地位,长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解。湖北理工学院课程设计报告81、系统方案设计本系统需要对一直流电源进行直流斩波，通过控制开关管的导通时间，来控制最终输出的电压。整个系统包括BOOST主电路、闭环调节模块、电压反馈模块。系统方框图如图1所示：Boost升压电路直流电源电压反馈闭环调节图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值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1,同时C上的电压向负载R供电，因为C也很大，基本保持输出电压为恒值U0.设V通态时间为ton,此阶段L积蓄能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向C充电，并向负载R提供能量。设V处于断态时间为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电路的结构湖北理工学院课程设计报告93、参数的计算3.1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，输出电压相对变化量小于2%。4）输出电流1A。5）采用脉宽调制PWM电路控制。3.2计算L、C由Boost的伏秒平衡，可得：)1(*)(*DVVDVinoin………………………………………………………………①DVVino1oinVVD1又根据能量守恒，可得：TIVTIVoomidin****(midI为CCMBoost电感的电流中心值)………………②DIVIVIoinoomid1*当输出最小负载minoI，即midII2，也就是Boost处于临界状态，可得：21minIDIIomid………………………………………………………………………………③DILTDVoin12**minmin2**)1(*oinITDDVL湖北理工学院课程设计报告10fIDDVLoo*2*)1(*min2fIDDVLoo*2*)1(*minmin2min………………………………………………………………④取=22V,D=0.45L=经实际测量L取200uh,根据n==5.2,选用绿色环形电感，绕N=6圈3