基于多谐振荡器的升压电路仿真及实验分析

2019-09-02 版权声明 举报文章

基于多谐振荡器的升压电路仿真及实验分析

555芯片构成的多谐振荡器比较经典,本文介绍了一种易于使用的基于该多谐振荡器的直流升压电路。通过计算机仿真验证了升压电路的特性,然后对电路进行了实验测试,在带载50mA的条件下将45V电压升至51.9V。结果表明,该升压电路结构简单,适用于小功率的应用场合。

【关键词】升压电路 多谐振荡器 555

在一些应用场合如高端MOSFET直流开关、功放放大器驱动级等需要用到比供电电源还要高5V~10V的直流电压,这类用电负荷一般不大,本文所研究的升压电路就是满足这类需求的一种低成本的实现方法。

1 多谐振荡器

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路,由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波,故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换,故又称它为无稳态电路。在众多多谐振荡器中,由555芯片构成的多谐振荡器以其电路简单可靠、驱动能力强和参数设置简便得到了广泛的应用。

2 升压电路分析与仿真

本文采用的升压电路的原理如图1所示,该升压电路仅由2个二极管和2个电容组成。图中,Vs为需要进行升压的电源,信号源Vp为矩形波信号,Vb为升压后的电源,RL为Vb的负载。

利用Pspice对电路进行仿真,设置参数Vs=45V,RL无穷大,脉冲信号Vp频率为100kHz,占空比为50%,VAL=0V、VAH=12V分别为脉冲信号Vp的低电平和高电平电压。仿真得到的各点波形见图2所示。

电路工作原理为:

(1)上电后,电源VS首先通过V1向C1充电,通过V1和V2向C2充电,使C1和C2的电压接近电源Vs的电压。

(2)当脉冲信号Vp输出矩形波脉冲的上升沿时,电容C1的对交流信号表现为短路,因此B点电压也出现一个幅度与Vp幅度相等的跳变脉冲,跳变的幅度与脉冲信号峰峰值相等。该跳变脉冲信号通过二极管V2向电容C2充电,此过程中二极管V1保持截止。

(3)当Vp信号下降沿到来时,V1导通使VB电压保持在Vs之值,V2截止,电容C2上所充的电压保持不变。

(4)经过多个脉冲周期后,Vb的电压逐渐增加至电源Vs电压加上脉冲信号的峰峰值电压。

2.1 脉冲信号幅度对输出的影响

保持其它参数不变,改变脉冲信号幅度VAL和VAH,记录仿真开始后100ms(仿真时长约40s)时的Vb电压值,B点的低电平VBL和高电平VBH电压。仿真结果见表1。

表1中的数据基本满足如下关系式:

Vb = Vs - 2*VF + VAH C VAL (1)

式中VF=0.46V,为二极管的正向导通压降。

2.2 负载对输出的影响

脉冲信号频率100kHz,占空比50%,幅度VAL=0,VAH=12V,在空载、5MΩ、500KΩ、50KΩ和5KΩ等5种负载条件下,记录输出电压Vb,结果见表2。

3 升压电路实验数据

用电路板搭接了基于多谐振荡器的升压电路,脉冲信号由NE555组成的多谐振荡器产生,NE555输出电流能达到200mA,二极管1N4148输出电流能力也能达到200mA,理论上可以驱动200mA的负载,但是输出纹波会比较大。升压电路图如图3,图中R3是为了限制NE555的输出和输入电流,防止过流损坏芯片。

NE555供电电压VCC为12V,多谐振荡器参数如下:

(1)高电平持续时间:T1=0.7*(1+5.6)K*1n=4.62us。

(2)低电平持续时间:T2=0.7*5.6K*1n=3.9us。

(3)周期:T=T1+T2=8.54us。

(4)频率:f=1/T=117KHz。

(5)VL = 0,VH=12V。

改变负载电阻,测试输出电压,实验结果见表3。

从上表2、表3和图4可以看出,升压电路输出电压随负载电阻的减小而减小。实测结果比仿真结果略小,变化趋势与仿真结果吻合。

4 结论

通过仿真分析得出了基于多谐振荡器的升压电路的输出电压公式,通过实验验证,电路在10mA以下的负载条件下能较好的满足公式(1)。所设计的电路在50mA负载条件下将45V的电源电压升到了51.9V。该电路大量应用于功率放大芯片PA05的boost供电中,性能可靠,有效地提高了功放的动态范围。

参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2] 银志军,赵扬等.倍压整流电路的仿真与分析[J].光电技术应用,2006.

[3]Texas Instruments,NE555 datasheet, 2010.

[4]APEX PA05 datasheet,2005.

作者单位

上海船舶电子设备研究所 上海市 201108

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