升压电路范文

升压电路范文第1篇

关键词：电荷泵升压 水泵升压供水模型 教学研究

1 概述

电荷泵升压电路是电力电子技术课程中的一项重要内容，它的理论性分析较复杂，要想在短时间里学会把问题分析的比较全面和透彻，就一定要创新现在的教学方式，使教学思想更加通俗化和简明化，提高教学质量。

每一门学科都不是无源之水，都有自己内在的联系和规律，只要能找到不同知识点之间的内在联系和规律并加以利用，在教授新知识的过程中，教师要指导学生发现新知识和旧知识之间的联系，充分发挥正迁移的顺利进行，这样不仅可以降低学习新知识的难度，把新知识转变为旧知识，也可以加深对旧知识的记忆，从而达到提高教学效果的目的[1]。所以，本文构造一种学生熟悉的水泵升压供水模型来分析电荷泵升压电路的原理。

2 电荷泵升压电路原理常规讲解

电荷泵升压电路可用于直流电动机传动、单相功率因素校正电路、开关电源。电荷泵升压原理图如图1所示。

该电路由电源E、电感L、开关器件V、单向导电性二极管VD、升压电容C、负载R组成；传统的升压工作原理如下所述：

首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当可控开关器件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，同时电容C上的电压向负载R供电。因C值很大，基本保持输出电压uo为恒定值，记为UO。设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时，E和L共通向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为（UO―E）I1toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等[2]，即

3 建立教学模型分析泵升原理

为了解释电压为何升高，现采用水泵升压供水模型来分析，通过学生熟悉的知识迁移到陌生、抽象的知识，通俗易懂的来学习，达到事半功倍的效果。

一水塔采用水泵进行上水，水源水深高度为H0，水塔底部与水池水面在一个水平面，到水池底面的高度为H0。设水泵供水时的单位流量为q，球阀放水的流量为q′此时扬程应满足供水扬程的需要，水泵供水为周期（周期为T）间歇供水，供水的时间为ton，停止供水时间为toff。

水池水面对地水压为P0（P0=mgH0）；水塔中水深为H1，因此对地水压为P1（P1=mg（H0+ H1））；调节水泵供水时间ton，水塔的水位将上升，这样水塔水面对地的压强将上升。水泵升压供水与电荷泵升压等效转换如图2所示。

我们可将水路与电路进行等效：水池提供水源相当于电源，水泵相当于电感和开关器件构成的电荷泵将水压升高，止回阀相当于二极管阻止水流改变方向，水塔相当于电容保持压力，球阀的开启放水相当于电路中的电阻负载。

4 归纳与结论

在讲解电荷泵升压的原理与效果的时候采用水泵升压供水模型，可以减低学生学习的难度，因为学生从熟悉的水泵升压供水知识迁移到电荷泵升压知识，对学生的思维能力和应用能力的培养都是很有帮助的，教学质量得到明显提高。通过多年的教学经验，发现采用该方法确实使学生对于该部分知识掌握的好，学生喜欢采用该方法教学。

参考文献：

[1]赵喜梅.迁移规律在电磁课教学中的应用[J].邢台师范高专学报，2002（04）.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009.5.

升压电路范文第2篇

关键词：单机片；升压电路；设计与仿真

前言

三项逆变电源在设计阶段需要注意升压电路的设计，一般而言应该在直流电源与逆变电路之间放置相应的升压电路，而最常用的是DC/DC模式，其功能的发挥在于将蓄电池组合体升压到DC540V。但是实际应用过程中会出现电压波动情况，因此应该保证整个输入电压应该保持在108V左右，输出电压则应该保持在540V左右。Boost升压电路的整个结构相对比较简单，整个结构系统中一般只有一个开关管，这种设计方案可以解决传统设计电路对电源功效的损耗，该种结构体系的体积相对较小。

一、设计模式

整个电路的设计电压应该经过严格调试后直接传送到STC12C54010AD单片机，这是因为该种单片机具有八个通道，并且可以持续性的保证输出PWM驱动信号，可以满足一般电路动能的需求，因此该种电路的设计并不需要增加A/D转换电路，也不需要额外增加PWM信号路径，只需要调试PI计算方法就可以严密的控制电路信号传输模式与信号内容，从而让信号传输形成一个完整的循环模式，保证电压的稳定输入与输出。在此过程中需要借助单片机I/O接口，并在此基础之上建立A/D转换口，在DC2DC升压系统的维护下保证整个设计电路系统的完整性，从而最大程度的改善系统功能是设计的关键所在[1]。

二、硬件设计方案

在单机片电路中，如果开关管的通态时间为ton，则电路连通阶段的电能感应量值为L上的积蓄能，可以表示为EIiton。如果断电持续时间为toff，那么在断电阶段的电感L释放能量的积蓄能可以表示为（U0-E）Iitoff。如果整个电路的运行相对稳定，那么一个周期T内的电感L释放的积蓄能量与最终积蓄能量是相等的，那么可以最终表述为：

其中 表示电路的输出电压高于电源实际电压，因此此种电路被称之为升压电路，英文称之为Boost变换器。它也直接表示升压的比值，可以通过相应的方法进行调节，以此来改变整体电压的输出量。如果将升压比的倒数记为β，那么β就表示输出的电压量小于电源的电压。升压电路的输入电压高于电源电压主要是因为L电路储备电压能具有调节电压的作用，此外，电容也可以保持整体电路电压保持稳定。如果将电路中的电能损耗忽略不计，那么电源的供电能量仅仅是由电压负载消耗的，而升压电路则可以被直接当作直流变压器。

整个电路的系统的组成要见还包括二极管，它的最大直流电量可以表述为 。一般电路的电压都有承载度，因此，如果考虑电路的电压、元器件的成本等，那么应该选择RM200HA224F规格的。

电路的电容设计应该以电路的电感电流连续模式为基础，考量电容器内部二极管的电流承载力Id，应该维持整个电流流向为平直电流，因此，在指定的电压限制中，应该设置电容的电压为： 。其中 为波纹电压，规定取值为10V，因此C=31.69（μF）。在电路通电以及充电的阶段内，一般电容的规定容量必须可以进行负载供电，因此所要求的电容也相对较小，而实际选择的电容一般取值为50μF，耐压值应该保持在900V。

对隔离驱动电路进行设计的方法一般是直接驱动法、隔离驱动法和集成模块驱动电路、该逆变电源采用FXB系列集成模块EXB841来驱动IGBT模块。集成模块驱动电路与分立元件的驱动电路相比，有体积小、效率高、可靠性高的优点。EXB841适用于开关频率为40kHz以下的开关操作，可以用来驱动400A，600V或300A，1200V的IGBT。它采用单电源工作，供电简单，内置高速光耦实现输入、输出的隔离，同时，芯片内部设有过电流保护电路，且过电流保护后在封锁自身输出的同时，由专门的故障信号输出端发出故障信号[2]。

电路整体设计完成后应该对电路进行保护系统设计，直流电源中的功率器件IGBT是系统的主要部件，也是最昂贵的部件。由于它工作在高频、高压、大电流的状态，所以也是最容易损坏的部件[3]。因此IGBT的保护工作显得十分重要。该系统中具有较为完备的保护电路及保护程序，保护电路主要有以下几个部分：输出过压保护电路；输入过压、欠压保护电路；IGBT短路保护电路；温度保护电路。

结论：综上所述，在现代物理学发展的推动下，对升压电路的相关研究也随之提高，尤其是在单片机应用基础之上对其相关技术与仿真的研究推动我国电力系统的发展，更成为实现我国工业现代化的强有力保障。

参考文献：

[1]薛俭雷，田春华，万永刚.太阳能电池升压电路的设计与仿真[J].微型机与应用，2012，13：22-24.

[2]白林绪，申利飞，王聪.基于51单片机控制的数字可调高效开关稳压电源设计[J].电源世界，2010，09：21-24+60.

升压电路范文第3篇

关键词：直流升压；BOOST；推挽式放大电路

一、引言

直流升压技术是将不可调的直流电压转变为可调或固定的直流电压的工程技术，一种方法是利用电感的储能作用和电容的滤波作用进行升压；另一种方法通过高频振荡产生低压脉冲，再通过脉冲变压器升压到预定电压值，继而应用脉冲整流技术来获得高压直流电。直流升压过程是依靠一个用开关调节方式控制电能的变换电路，即DC-DC变换器来实现的。DC-DC变换器的核心部件是一类由晶体二极管、储能器（或变压器）、电容及感应器组成的开关变换器，其输出电路通过由电容组成的低通滤波器对电流的整流，实现高压直流电的输出。

直流升压技术的不断更新与完善，很大程度上影响了DC-DC变换器拓扑的演化。高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及低成本、小体积是DC-DC变换器的发展方向。目前，直流升压技术已广泛应用于使用电池供电的便携设备中，大功率直流输电技术、光伏电站等领域，具有良好的应用前景。

二、升压电路的原理及分析

直流升压电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器 ，在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用。随之出现了诸如降压电路、升降压电路、复合电路等多种方式的变换电路。按照电路的拓扑结构，主要分为隔离型和非隔离型电路。

2.1非隔离型电路

非隔离型拓扑结构包括BUCK电路、BOOST电路、CUK电路、SEPIC电路等，其中BUCK电路是直流降压电路，而BOOST升压电路的应用最为广泛，也是后面两种电路的基础。因此本节着重介绍BOOST升压电路的原理及特点。

BOOST升压电路的基本拓扑结构如下图所示，实际的电路中开关一般为IGBT元件（绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点）或可控硅元件等代替，相应的控制信号有基于PWM技术的脉冲发生器来提供。[1]

图 1 BOOST升压电路的基本拓扑结构

根据模拟电路分析开关S闭合与断开情况，结合电路理论的基本知识，可以推出输出电压

综上所述，BOOST电路的升压过程是电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量；放电时电感放出能量。如果电容量足够大，就可以在输出端放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复。就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

电路中的二极管主要起隔离作用，即在开关闭合时，二极管的正极电压比负极的电压低，此时二极管截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在开关断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端

非隔离型DC-DC拓扑结构比较简单，电路所需的器件数量较少，且易于设计和控制。但同时也受到输入输出电压比的限制，无法适用于电压转换比例较大的场合，也无法达到电气隔离的要求，这些拓扑结构适用于小功率设备中。[2]

2.2隔离型

隔离型拓扑结构主要包括“反激式电路”、“正激式电路”、“推挽式电路”、“半桥式电路”、“全桥式电路”及由这些基本电路衍生出来的相关电路。

这种电路的基本工作过程都是：高频振荡产生低压脉冲――脉冲变压器升压到预定电压值――脉冲整流获得高压直流电。[2]

其中推挽式直流升压电路应用较为广泛，同时，推挽式电路经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动和电流脉动都很小，因此只需要一个很小的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。[2]因此，推挽式电路是一个输出电压特性非常好的开关电源。本节以此为例论述隔离型直流升压电路的特点。

一种推挽式升压电路

其工作原理为：

⑴从，导通，截止，通过加到变压器的原边绕组上上，根据变压器的匝数比，将有2倍的输入电压施加于截止的开关管上，当激励消失时，其集电极施加的电压均为输入电压

⑵从导通截止，此阶段原理同上，下一个周期依次往复。

电路工作时，由于两只对称的功率开关管每次只有一个导通，因此开关管的导通损耗小，效率高，其开关变压器磁芯利用率也较高。

隔离型的DC-DC拓扑结构相对复杂，电路所需器件数量较多，同时还要考虑磁芯磁化和饱和等众多问题。由于加入了隔离变压器，可以达到电气隔离的要求，并获得较高的输入输出电压变比，这种拓扑适用于大功率应用场合。[4]

推挽式电路的主要缺点是当系统长期工作或经常大功率运行时，电路很容易产生磁通不平衡的现象，即偏磁现象，容易烧毁 关管及相关器件。[3]推挽式电路另一个缺点就是电路的开关管的关断耐压值较大，相对于其他几种电路，其耐压必须大于工作电压的两倍。因此，推挽式电路很少在高压输入时使用。

三、升压电路的应用

直流升压技术满足使用电池等直流供电源的设备在运行时对较高的直流电压的需求，在手机、传呼机等无线通讯设备、照相机闪光灯、便携式安检仪、电蚊拍等得到了广泛的应用。同时，大功率直流输电技术、光伏发电技术、不间断电源（Uninterruptible Power Supply， UPS）技术的发展也离不开直流升压技术的应用。[5]

2.1在LED驱动中的应用

在手机、数码相机等电子产品的应用电路中，通常需要通过升压电路来驱动闪光灯模组的LED或显示屏背光的LED，调节LED的明暗程度。驱动LED的电路一般可分为并联驱动与串联驱动两种。并联驱动采用电容型的电荷泵倍增电压原理，所有的LED负载都是以串联的形式连接；串联驱动采用电感型直流升压转换原理（Boost电路），提升系统的总电压来满足串联的单个LED负载的额定电压需求。串联驱动电路升压器件体积小、效率高，占用空间更小，因此在移动电话、数码相机、PDA手持设备、MP3播放器、GPS接收器等设备上有更为广泛的应用。[6]

串联的LED电感型直流升压转换应用了Boost电路升压原理，Monolithic Power Systems（MPS）公司的升压器件MP1518芯片，很好的应用到了手机等设备中。另外，在输入电压一定的条件下，驱动LED两端的电压和信号的占空比有关。信号的占空比越大，输出电压越大，LED的亮度也就越大。在实际应用中，往往是在使能管脚EN加上一个PWM波，通过改变这个PMW波的占空比来调整LED的亮度。

2.2在太阳能光伏发电系统中的应用

太阳能电池的发电原理是利用入射于半导体时所引起的光电效应。[6]光伏电池的基本特性和二极管类似，这与传统的发电方式是完全不同的，没有转子的转动部分，不利用电磁相互作用，因此，其产生的电流为直流电。[7]光伏发电系统主要包括太阳能电池板、充电机、蓄电池、控制器、直流升压电路、逆变器等。

典型的光伏发电系统由光伏电池阵列、储能系统、逆变器、直流控制系统四部分组成。其中，单体光伏电池发出的电能很小，是直流电，为满足实际需求，获得足够大的发电量，要将单体光伏电池连接成电池组，再由电池组组成太阳能光伏阵列。在电能从光伏阵列到储能单元，再到你变单元的传输和交换过程中，要保持系统的高效与安全运行，所以需要直流控制系统对整个过程进行调整、保护和控制。[8]

光照强时，太阳能电池的低压直流电直接提供给直流升压电路，通过充电器给蓄电池充电储能；光照弱时，太阳能电池输出功率达不到光伏发电的要求，这时，作为储能装置的蓄电池就为直流升压电路提供低压直流电，保证了光伏发电系统的连续性和稳定性。直流升压电路把低压直流电升高到330V高压直流电，然后通过逆变器就可得到50Hz/220V交流电。输出交流电压和电流通过检测电路反馈给控制器，控制器可以实现闭环控制。

2.3在光电倍增管中的应用

光电倍增管广泛应用在各种光电检测仪器中。[9]同样，在生物医学工程领域中，光电倍增管在光电成像检测与治疗仪器（如PET）中发挥了不可替代的作用。早期的光电倍增管的电源由工频变压器升压后经过倍压整流得到，这种电源体积大效果差。目前光电倍增管的高压电源采用直流变换器方式，比起工频变压器升压后再整流方案体积小、效率高，具有良好的应用前景。[10]

采用直流升压技术的光电倍增管电路工作原理框图如图所示。

输入直流电压为+12 V，输出电压可调，典型的输出电压为+1200 V。其主要构成为低压直流供电电源、PWM控制电路、功率开关管、高频变压器、倍压整流电路、滤波电路和取样反馈电路组成。+12 V直流输入电压为控制电路和变压器提供工作电源；PWM控制电路的输出信号驱动功率晶体管，为高频变压器提供低压高频方波；高频变压器的交流输出信号通过倍压整流电路得到进一步的升压和整流，输出直流高压信号；高压输出信号经过滤波电路后得到进一步的滤波，有效地减小输出纹波系数；输出电压反馈电路为PWM控制电路提供电压反馈信号，通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较，以控制脉冲调制器的输出脉冲占空比，从而达到调节输出电压的目的。[11]

四、结束语

本文介绍了两种主要直流升压电路的原理及其应用。BOOST电路通过开关管和电感储能达到升压的目的。它相对简单，功率密度大，电流较小，采用的是非隔离的拓扑结构；也正因为如此，其本身就是一个电磁干扰源，可能导致周围电子设备的功能紊乱。而以推挽式直流升压电路为代表的使用变压器升压的电路，由于采用了隔离式的拓扑结构，同时可以通过匝数比和后面的倍压整流电路进一步升压，从而更适合输入电压低、变压比较高，并且需要进行隔离的情况。二者依据其自身特性，具有很广泛的应用。在手机、数码相机等电子产品的应用电路中，通常需要通过升压电路来驱动闪光灯模组的LED或显示屏背光的LED，调节LED的明暗程度。在光伏电池中，通过直流升压电路将光照转化的低压直流电经充电器给蓄电池充电储能。再如在广泛应用在各种光电检测仪器中的光电倍增管中，为各个极板之间的高压电场供电的高压电源采用直流变换器方式，比起工频变压器升压后再整流方案体积小、效率高。

参考文献

[1]、韩彬， 景占荣， 高田. BOOST 电路的 PSpice 仿真分析[J]. 微型电脑应用， 2006， 22（1）： 11-12.

[2]、吴建进， 魏学业， 袁磊. 一种推挽式直流升压电路的设计[J]. 电气自动化， 2011， 33（2）： 54-56.

[3]、马吉祺. DC-DC 储能变换器设计及研究[D]. 武汉理工大学， 2012.

[4]、Abraham I.Pressman著，王志强译.开关电源设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[5]、王学梅， 张波， 丘东元. DC―DC 变换器主要技术发展综述[J]. 电源世界， 2008 （5）： 21-24.

[6]、张仁鹏， 孙以泽， 孟C， 等. 微型太阳能光伏发电系统的两种直流升压电路[J]. 机械设计与制造， 2013 （11）： 40-43.

[7]、陈亮， 谭伟民. 新型 LED 太阳能电池直流升压电路的研究[J]. 上海应用技术学院学报： 自然科学版， 2007， 7（2）： 154-156.

[8]、胡雪峰， 龚春英. 适用于光伏/燃料电池发电的组合式直流升压变换器[J]. 中国电机工程学报， 2012， 32（15）： 8-15.

[9]、潘保青， 郝晓剑， 赵冬娥. PPM 量级纹波系数的光电倍增管恒流源[J]. 测试技术学报， 1996， 3： 122.

[10]、林志琦， 宋国明， 逄林， 等. 光电倍增管数控稳压电源的设计[J]. 微计算机信息， 2009， 24（34）： 181-183.

升压电路范文第4篇

而这样就会影响到电源电压比设备所需的工作电压为低。这时候，就必须要追加升压电路了。一般使用的是DC/DC升压转换器。

而在这超低输入电压的情况下，设计工程师就会面临以下的难题。

1开关器件的驱动问题。

2升压电路的启动问题。

3最大占空比MaxDuty的问题。

在这三个主要问题上，究竟有没有好的解决方法呢?答案是肯定的。以下，我们会一一探讨。

开关器件的驱动问题

传统DC/DC的工作电压一般都在1.0V以上，而如果输入电压降到0.6V以下，DC/DC的内部电路不能正常工作。

以图为例，若开关DC/DC的驱动电压取自输入电源的话。当电源电压低于DC/DC驱动电压的时候，DC/DC便无法启动。

那么，若如图所示，在输出端取电又如何呢?

同样，当电源电压低于DC/DC驱动电压，DC/Dc根本无法启动及进行任何升压动作。但是，若DC/DC一旦被启动，整个电路便可持续动作了。

升压电路的启动问题

在这时候，又带出了另外一个问题，就是在这样低输入电压的情况下如何启动这一颗DC/DC呢?

这时，我们就需考虑增加一个启动电路。

精工电子有限公司(SII)推出的S-882Z系列充电泵产品就能使这个问题迎刃而解。

S-882Z系列按放电开始电压大小有4个品种：分别为1.8V、2.0V、2.2V及2.4V，在型号后缀中用18、20、22及24来区分。例如，S-882220是放电开始电压为2.0V的充电泵。

该系列主要特点：

输入电压V：N范围：

在Ta=-30～+60℃时为0.3～3.0V，

在Ta=-40～+85℃时为0.35～3.0V,

工作时的消耗电流在VIN=0.3V时为0.5mA(最大值)；

有关闭控制，在关闭状态或称休眠状态时耗电小于0.6μA(VIN=0.3V)； 　关闭控制电压为放电开始电压加0.1V(≤3.0V)； 　内部振荡器频率350kHz； 　外部仅接一个启动电容(CCPOUT),

小尺寸SOT-23-5封装； 　无铅。

S-882Z的内部结构如图所示。

下面，我们就来具体看看S-882z的工作原理。

1　对S-882Z系列的VIN端子输入0.3V以上的电压时，振荡电路就可以开始工作，并从振荡电路输出CLK信号。

2　通过此CLK信号来驱动充电泵电路，并在充电泵电路中将VIN端子的电压转换为升压电压。

3　从充电泵电路输出的升压电压，会缓慢地充电到与CPOUT端子相连接的启动用电容器(CCPOUT)中，因此，CPOUT端子的电压会缓慢地上升。

4　当CPOUT端子电压(VCPOUT)达到放电开始电压(VCPOUT1)以上时，转换器(COMP1)的输出信号就会从高电位转变为低电位。因此，处于“关”的状态的放电控制开关(M1)会转变为“开”的状态。

5　M1变为“开”的状态之后，CCPOUT处所充电的升压电力会从OUT端子处开始放电。

6　由于放电，当VCPOUT降低到放电停止电压(VCPOUT2)时，M1就会转变为“关”的状态而停止放电。

7　当VM端子电压(VVM)达到开/关控制电压(VOFF)以上时，转换器(COMP2)的输出信号(EN-)就会从低电位转变为高电位。因此，振荡电路会停止工作，并转变为休眠状态。

8　当VVM不能达到VOFF以上时，会利用来自充电泵电路的升压电力来对CCPOUT进行再充电，并返回到(3)的工作。

S-882Z系列主要应用于太阳能电池、燃料电池等低压电源的升压；RF标签内部的电压升压(如用于高速公路收费系统)；为间断工作系统提供电源。

最大占空比 MaxDuty的问题

对与超低输入升压电路来说，为了取得高的输出电压，必须要有大占空比的支持。占空比(Duty)的计算公式是：Duty=Ton/(Ton+Toff)。

在连续电流模式下，占空比(Duty)的计算公式为Duty=1-Vin/Vout/。按照这个公式来计算，如果是输入0.5V时而输出5V的升压电路，最大占空比为90％，一般的升压电路的占空比为80％～90％，这样是不能完全满足要求的。

对于这个问题，我们可以考虑采用SII的高倍率升压DC/DC S-8337B，其最大占空比就能达到94％。S-8337B的主要特点：输入电压为1.8-6.0V；基准电压为1.0～±1.5V；工作电流为0.5mA(max)；振荡频率为47～200kHz，能在外部设定；最大占空比为75％94％，也可以外部设定；UVLO，软启动，外部相位补偿设定；动作温度范围为-40～+85℃；采用TSSOP8封装。

完整的解决方案

一个超低电压电源管理系统需要启动电路和升压电路的完美配合，用S-882Z系列配合S-8337B系列就能达到这个目标。图为利用SII的S-882224和S-8337BAJA构成的超低输入电压升压电路，图8为该电路在0.5V输入情况下的效率曲线。

从图中可以看出，在这10倍升压的情况下，而又需要达到200mA的输出电流，该电路的输出效率仍可达到80％以上，这已经是一个具突破性的方案了。

同步整流技术

DC/DG变换器的损耗主要由5部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管(SBD)，也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。

同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。

在传统的次级整流电路中，肖特基二极管是低电压、大电流应用的首选。其导通压降大于0.4V，但当通信电源模块的输出电压随着通信技术发展而逐步降低时，采用肖特基二极管的电源模块效率损失惊人，在输出电压为5V时，效率可达85％左右，在输出电压为3.3V时，效率降为80％。

升压电路范文第5篇

【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

升压电路范文第6篇

关键词： 开关直流升压电路； 热插拔控制； 安全工作区； 输出保护

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）23?0165?03

Design application of the hot swap controller in the DC boosted circuit

LI Xing1， QIAN Yue?guo2， JIN Li1， ZHANG Jian?qing1

（1. The 36th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Jiaxing 314001， China；

2. Zhejiang JEC Electronic Co.， Ltd.， Jiaxing 314001， China）

Abstract： A hot?swap protection control chip is designed， which realized the protection of over?current and short circuit in DC boost circuit output. The work principle and implementation model of DC boost circuit and the hot?swap protection circuit are analyzed. The circuit， the parameters design， the selection process and actual work switching waveforms are introduced in detail， and the design examples are given. Experiments show that using hot?swap protection control chip can effectively avoid the inherent defects of the conventional DC boost circuit in overcurrent short circuit. It improved the reliability of power supply.

Keywords： switch DC booster circuit； hot?swap control； safety operation area； output protection

热插拔保护电路通常用于服务器、网络交换机、以及其他形式的通信基础设施等高可用性系统。这种系统通常需要在带电状态下替换发生故障的电路板或模块，而系统照样维持正常运转，这个过程称为热插拔（Hot Swapping）。本文将阐述热插拔控制器的另一种用法，利用热插拔保护电路具有的过流和短路保护功能，解决开关直流升压电路的输出端保护问题。

1 开关直流升压电路的基本原理

开关直流升压电路（The Boost Converter或者Step?up Converter），是一种开关直流升压电路。输出电压高于输入电压，输出电压极性不变，基本电路图如图1所示。

图1 The Boost Converter

开关管导通时，电源经由电感?开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管?负载形成回路，完成升压功能。

输出过流时，电路会采样开关管的峰值电流，减小占空比，导致输出电压下降。当输出电压降到输入电压时，过流保护不再受控，保护失效。另外输出过流点还会随着输入电压升高而变大。当输出短路时，输入电源会通过电感、升压二极管形成短路回路，导致电源故障。BOOST电路还有一个缺陷是不方便控制关闭输出，当控制芯片关闭，开关管截止时，输出仍然有电压，不像BUCK电路，很方便的将输出电压降到0 V。

2 热插拔控制器的基本原理

热插拔（Hot?Plugging或Hot Swap）即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性。如果没有热插拔控制器，负载端的模块插拔时，会对电源产生浪涌电流的冲击，影响电压的稳定与电源的可靠性。这个问题可通过热插拔控制器来解决，热插拔控制器能合理控制浪涌电流，确保安全上电间隔。上电后，热插拔控制器还能持续监控电源电流，在正常工作过程中避免短路和过流。

3 关键电路设计与实例

3.1 电源要求

电源实例如图2所示，其中的电源输入9～18 V，额定输出28 V/1.2 A，过流保护1.5 A。

3.2 电路简介

这是一款用了TPS2491热插拔控制芯片的升压电路，带有输出过流短路保护，当遥控端CTL接地时，电源进入待机模式，输出为零。

热插拔控制器包括用作电源控制主开关的N沟道MOSFET、测量电流的检测电阻以及热插拔控制器TPS2491三个主要元件，如图2所示。热插拔控制器用于实现控制MOSFET导通电流的环路，其中包含一个电流检测比较器。电流检测比较器用于监控外部检测电阻上的电压降。当流过检测电阻上产生50 mV以上电压的电流将导致比较器指示过流，关闭MOSFET。TPS2491 具有软启动功能，其中过流基准电压线性上升，而不是突然开启，这使得负载电流也以类似方式跟着变化。

TPS2491内部集成了比较器及参考电压构成的开启电路用于使能输出。比较器的开启电压为1.35 V，关闭电压1.25 V，有0.1 V的滞差保证工作的稳定。通过分压电阻精确设定了使能控制器所必须达到的电源电压。器件一旦使能，MOSFET栅极就开始充电，这种电路所使用的N沟道MOSFET的栅极电压必须高于源极。为了在整个电源电压[（VCC）]范围内实现这个条件，热插拔控制器集成了一个电荷泵，能够将GATE引脚的电压维持在比[VCC]还高10 V的水平。必要时，GATE引脚需要电荷泵上拉电流来使能MOSFET，并需要下拉电流来禁用MOSFET。较弱的下拉电流用于调节，较强的下拉电流则用于在短路情况下快速关闭MOSFET。

热插拔控制器还有一个模块为定时器，它限制过流情况下电流的调节时间。选用的MOSFET能在指定的最长时间内承受一定的功率。MOSFET制造商使用图3标出这个范围，或称作安全工作区（SOA）。

图3 MOSFET安全工作区

定时器还决定控制器自动重启的时间，故障导致关闭MOSFET，经过16个振荡周期后，芯片重新使能输出。

3.3 设计过程

保护电路参数设定分几步：

（1）过流采样电阻

[RS=0.05（1.2×IMAX），]取值33 mΩ，过流动作点为1.5 A左右。

（2）MOSFET的选型：耐压要大于输入电压和瞬态过冲，并放一定余量；选择[RDSON（MAX）。]

[RDSON（MAX）≤TJ（MAX）-TA（MAX）RθJA-I2MAX]

[TJ（MAX）]一般取125 ℃，热阻[RθJA]取决于管子的封装、散热的方式。

（3）选择MOSFET的[PLIM]

MOSFET在启动或输出短路时会有极大的功率消耗，限制[PLIM]可以保护管子防止温度过高烧毁。通过3脚PROG电压的调节，设定[PLIM]的大小：

[PLIM≤0.7×TJ（MAX）2-[（I2MAX×RDSON×RθJA）+TA（MAX）]RθJA]

[TJ（MAX）2]一般取150 ℃，[RDSON]为MOSFET最高工作温度时的导通电阻。

[VPROG=PLIM10×ILIM]

[VPROG=VREF×R10R9×R10]

式中[VREF]为4 V。实际选用MOSFE为AOL1242。

（4）选择[CT]

选择合适的电容，保证输出启动时能完成输出电容的充电且不引起故障保护的动作。

（5）选择使能启动电压

EN端启动电压为1.35 V，关闭电压为1.25 V。利用此引脚，可以做输入欠压保护；设计分压电阻为240 kΩ和13 kΩ，开启电压为26.3 V，在24.3 V时关闭。

（6）其他参数

GATE驱动电阻，为了抑制高频振荡，通常取10 Ω；PG端上拉电阻，保证吸收电流小于2 mA，在本设计中不需要，悬空处理；Vcc端旁路电容，取0.1 μF。

电源使能端串联一个二极管BAV70，低电平时可以关闭升压电路和电源输出。

4 测试结果和各测试点的工作波形

测试结果为过流保护动作点：1.45 A；输出长期短路无损坏，短路去除恢复输出；遥控端使能工作正常。

上电时各个测试点波形如图4所示。

图4 上电波形

图4中CH2是升压后的电压，当输入加电，升压电路立即工作，很快达到28 V。为了防止后极负载的浪涌电流对MOSFET的冲击，可以看到驱动电压（CH1）是缓慢上升的，输出电压（CH3）也是跟随缓慢上升。在启动过程中，很明显看到MOSFET的驱动电压不高，MOSFET工作于线性区，同样可以抑制输出端电流的增大，有效保护MOSFET在启动过程中不过载。

正常工作时的各点电压如图5所示。由图5可以看到，正常工作时，输出电压（CH3）等于升压后的电压（CH2），MOSFET驱动电压（CH1）比输出电压高了14 V，可以保证MOSFET良好导通，降低热耗和压差。

图5 正常工作波形

当负载过流或短路时的波形如图6所示。由图6可以看到，当输出过流或短路时，MOSFET驱动电压（CH1）迅速下降，导致输出电压（CH3）跟着下降，有效的保护电源的安全。经过2 s的重启周期后，驱动电压有个小小的试探电压，如果故障仍然存在，重启不成功，驱动电压又恢复到零。反之重启成功，正常输出。如图7所示。

图6 故障保护波形

图7 电源重启波形

5 结 语

实践证明，基于TPS2491热插拔控制器的保护控制电路具有电路简单可靠，应用方便的特点。本电路应用于开关直流升压电路中，完美解决了原来没有输出过流短路保护以及不能遥控输出的缺陷，收到了良好效果。

参考文献

[1] MARCUS O′Sullivan.理解热插拔技术：热插拔保护电路设计过程实例[J].Analog Dialogue，2009，42（2）：9?13.

[2] NEIL Gutierrez.不一样的热插拔控制器[J].今日电子，2008（5）：77?79.

[3] MARK Pearson.基于IC的热插拔保护电路应用[J].电子工程专辑，2003（2）：63?65.

[4] 殷高方，张玉钧，王志刚，等.ADM4210热插拔控制器的原理及应用[J].电子设计工程，2009（3）：1?3.

[5] Texas Instruments. TPS2490/1 positive high?voltage power?limiting hotswap controller （Rev. D）[EB/OL]. [2012?07?03]. http：//.cn/cn/lit/ds/symlink/tps2491.pdf.

[6] Texas Instruments. TPS2490 and TPS2491 +48 V Hot Swap Power Manager Evaluation Kit User′s Guide [EB/OL]. [2003?05?08]. http：///lit/ug/slvu099a/slvu099a.pdf.

升压电路范文第7篇

关键词 双级Boost升压变换；拓扑结构；pspice仿真；逆变升压

中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0054-03

随着社会的发展，逆变电源在人们的生活中扮演者越来越重要的角色。在逆变电源中经常采用“升压—逆变”结构，升压一般是将蓄电池低电压升压至315 V，再经逆变、滤波器滤波而得到工频电压。升压部分有很多种拓扑结构，例如推挽式、Boost式等升压拓扑结构。

Boost拓扑结构的硬件电路比较简单，升压电感的设计也较为容易，且转换效率也比较高，大部分Boost电路转换效率都在0.92以上，因此在需要升压场合下应用较为广泛。但是单级Boost升压拓扑结构的升压比较小，如果升压幅度较大，就比较容易使开关管开通占空比较大，甚至接近于1。但是Boost电路一般是不允许开通占空比超过0.88的，因为开关管在开通占空比超过0.88后将失去升压作用，况且较大的开通占空比会导致开关管的温升和损耗过大，严重时会导致开关管损坏以至于整个电路无法正常工作。实际上开关管的开通占空比一般不超过0.85。

目前很多升压幅度较大，但功率不太大的场合下会优先采用推挽式变换器来实现升压，但是在大功率场合下，Boost升压器仍然是首选的电路拓扑结构。本文提出的一种双级的Boost升压电路拓扑结构可以有效的解决单级Boost电路的升压幅度有限问题，并且更适用于大功率场合。

1 单级Boost升压电路

传统单级Boost电路拓扑结构如图1所示，有3种工作模式：连续导电状态、不连续导电状态以及临界状态。本文采用连续导电状态。

图1 单级Boost拓扑结构图

在电路稳定工作时，其工作过程分为如下两个步骤。

1）开关S处于A状态时，流经储能电感L的电流线性增大。由于二极管D此时不导通，电容器C只能经由负载放电，向负载提供续流，维持负载上的输出电压Vo不变。当电感电流增大到一定程度时，开关S由状态A变为状态B。

2）开关S处于B状态时，储能电感L内电流逐渐变小，同时储能电感L两端产生一个正向电动势，并使二极管D导通，储能电感L产生的感应电动势与直流电源电压叠加，同时作用在电容器C与负载上，为电容器C充电，并向负载提供一个高于直流电源的电压Vo。当经过储能电感L的电流减小的一定程度时控制开关S转换到A状态，然后重复步骤1）和步骤2）。

负载波形如图2中Vo所示。

图2 单级Boost开关状态及输出波形图

其中，Ts为开关周期，Vs为开关状态，设开关在A状态时为“1”（表示实际电路中开关管导通），在B状态时为“0”（表示实际电路中开关管关断），Vo为输出电压波形，ton为开通时间且有

（1）

单级Boost电路的输出电压与输入电压的关系如下：

（2）

其中，D为开通占空比，一般来说应满足0

2 双级Boost升压电路

2.1 双级Boost拓扑结构

双级Boost升压电路就是将由单级Boost电路完成的任务换成由双级串联的单级Boost电路来完成的电路。其原理图拓扑结构如图3所示。

图3 双级Boost升压拓扑

该拓扑结构由两组Boost结构串联构成。图中，直流电源DC、L1、S1及C1组成第一级Boost升压结构，L2、S2及C2组成第二级Boost升压结构，负载上电压作为输出电压Vo。其工作原理为，先由第一级将低级电压Vi变换成较为合适的中级电压Vm，再由第二级将中级电压变换成为需要的高级电压Vo并输出。由于每一级都有可以相当于一个单级的Boost电路，所以该电路比单级的Boost有更大的升压空间。

2.2 双级Boost电路工作过程

由图2可知，单级Boost负载上的电压处于比直流电源较高的水平，并且比较稳定，可以当作另外一个直流电源来看待。如此，在该拓扑结构中，第二级Boost电路即可再次对第一级Boost的输出电压进行提升，使输出电压达到一个更高的水平。

设第一级Boost升压电路的开通占空比为D1，第二级Boost升压电路的开通占空比为D2，输入电压为Vi，中级电压为Vm，输出电压为Vo，则有如下关系：

（3）

（4）

所以，

（5）

2.3 与传统单级Boost电路的比较

由于两级的开通占空比D1、D2是独立的，D1、D2均可达到一个较大的值，因此由（5）式可以看出，当输入电压固定时，双级的Boost电路可以更容易达到更高的输出电压。

另一方面，当输入电压和输出电压均已知且固定，而整个电路需要一个较大的升压幅度时，单级Boost电路的开通占空比较大且固定，若是升压幅度特别大，此电路开关管的开通占空比将会超过0.88，从而无法实现。而双级Boost电路则可以通过设置一个合适的中级电压Vm，有效的将整体电路的升压负担分给两级，使每级Boost电路都可以工作于较小的开通占空比。相比单级Boost电路的大开通占空比而言，可以有效的保证整个电路的可靠性。其次较小的开通占空比可以有效的降低开关管的损耗和发热量，有利于维持整个电路的稳定性。另外中级电压Vm的合理设置也使整体电路的设计更加灵活，可以满足不同电路的需要。

在实际电路设计过程中，由单片机或者DSP等控制芯片来控制两个开关管的开通与关断已经十分普遍。首先由电压检测电路将每级的Boost输入电压进行处理并送入控制芯片，然后由控制芯片根据设计好的程序来输出控制信号。由于蓄电池在放电过程中输出电压会出现一定的波动，故在设计时应该考虑到其输出电压最低时的电路工作情况，设计程序时也应考虑到动态检测每级Boost的输入电压，根据不同时期的不同输入电压来调整输出控制信号的开通占空比，这样才可以保证整个电路持续工作在稳定状态。

3 仿真验证

设蓄电池输出电压为24 V～48 V，升压部分将此电压提升至315 V。如果采用单级Boost升压电路结构的话，开关管开通占空比将达到0.92，超过了开关管可以稳定工作的0.88的限制，从而容易引起电路的工作不稳定，甚至烧毁开关管。而采用双级的Boost电路，则可先将蓄电池低电压提升至120 V后，再提升至315 V，这样，第一级的开关管的最大开通占空比为0.8，工作频率为10 kHz；由于第一级的输出电压是固定的120 V直流电压，所以第二级的开关管的开通占空比固定为0.61，工作频率为10 kHz，满足开关管正常工作的条件。

利用该双级Boost升压电路进行仿真，第一级输出电压为120 V，第二级输出电压为315 V，工作功率为1 kW，故以100 Ω电阻来作为负载。令输入电压分别为24 V、36 V、48 V时来观察输出波形，通过计算可知第一级Boost的开通占空比分别为0.8、0.7、0.6，第二级Boost的开通占空比为0.61。利用pspice仿真结果如图4所示。

图4 三种输入电压时的输出

其中，（a）图为输入电压为24 V时的输出仿真结果，（b）图为输入电压为36 V时的输出仿真结果，（c）图为输入电压为48 V时的输出仿真结果。

下面那条线为第一级Boost的输出电压，在3张图中，稳定时均为120 V，与预期结果要求相符；上面那条线为第二级Boost的输出电压，在3张图中，稳定时均为315 V，也与预期结果要求相符。

通过观察仿真结果可发现，输入电压越高，整个电路进入稳定状态越快，因此在启动整个电路时最好使用较高的电压。在进入稳定状态后，虽然由于蓄电池的放电，蓄电池输出电压会出现一定的波动，但是变化速率相对说来还是比较慢的，而通过单片机或DSP等控制芯片的实时控制，可以很快的调整开关管的开通占空比，使电路输出电压不至于受到蓄电池输出电压波动的干扰而产生变化，从而使输出电压稳定。

4 结束语

本文提出了一种两级Boost升压变换器拓扑结构，主要用于大功率逆变器的升压部分。相比于单级Boost拓扑结构，本结构可有效的解决传统单级Boost不能大幅度的提升电压的问题。由于本结构中的每一级Boost都可以当作单独的单级Boost来看，故提升电压幅度大大增加；当输入电压、输出电压固定时，可以通过合理设置中级电压，实现每级开关管的开通占空比都处于较小的值，从而保证电路可以可靠的工作。

本拓扑结构的一个缺点是进入稳定状态的时间较长，且伴随有较大的高压脉冲在使用时应注意以下两点。

1）在允许范围内尽可能使用较高的电压启动。通过分析可知整个电路拓扑在较高输入电压时进入状态较快。由于使用单片机或DSP等控制芯片对直流电源输出电压进行实时检测，并相应的进行开关管开通占空比的调整，此过程相对于蓄电池输出电压变化的速率来说是相当迅速的。因此当电路进入稳定状态后，单片机或DSP等控制芯片就可以迅速的调整控制信号的输出，从而保证了输出电压的稳定。

2）而高压脉冲就要求使用本结构时应注意防止高压脉冲对整个电路的冲击及影响。

参考文献

[1]苏婷，王金梅，台流臣.单相光伏并网逆变系统的研究[J].新能源，2012（03）：51-52.

[2]刘国海，吴犇，金科，廖志凌.光伏发电系统中高升压比DC-DC变换器[J].南京航空航天大学学报，2012，44（1）：25-31.

[3]朱代祥.单相正弦脉宽调制逆变电源的设计[D].成都：四川大学，2004：14-15.

[4]赵有以，杨美君，孙佳成，王建民.基于STM32系列单片机的数控正弦波逆变电源设计与实现[J].电子设计工程，2012，20（23）：134-136.

[5]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计（修订版）[M].北京：电子工业出版社，2004.

[6]方宇，马旭东.一种新型耦合电感式双Boost光伏微逆变器拓扑分析[J].电力系统自动化，2011，35（03）：32-37.

[7]金鑫.高性能逆变电源的研究[D].成都：西南交通大学，2004.

[8]吴建进.基于DSP的一种纯正弦逆变电源的研究[D].北京：北京交通大学，2011.

[9]宋淑苹.基于SPWM技术的独立逆变电源设计[D].保定：河北大学，2011.

[10]梁晨陇.一种基于新型斜坡补偿电路的BOOST驱动设计[D].成都：电子科技大学，2009.

[11]张立.现代电力电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003：129-133.

[12]李龙文.DC-DC变换技术的现状及未来[J].电源世界，2007（03）：1-6.

[13]刘金虎，阿城继电器股份有限公司火电公司.阀控铅酸蓄电池放电特性研究[J].电源世界，2005（6）：41-43.

[14]郝琇，郑克文.密封铅酸蓄电池放电电压的变化[J].船电技术，2004（1）：46-47.

作者简介

升压电路范文第8篇

【关键词】倍压电路 电容参数优化 PSIM仿真 输出电压

随着电力电子技术的发展以及半导体技术的革新，功率器件如IGBT、MOSFET的出F，将直流高压电源向高频化、小型化、智能化的方向推进。这一改进也使得直流高压电源的应用范围更为广泛，从航空、航天军事领域到农业、生活的方方面面。在不同的领域，不同的应用场合，直流高压电源对其输出电压的稳定性、纹波问题有着不同的要求，因此，在对直流高压电源其输出电压影响因素的研究有着重要的意义。本文针对基于科克罗夫特-瓦尔顿（C-W）倍压整流电路电容的参数优化，分析电容的参数选取对直流高压电源输出电压动态响应时间以及纹波影响。

1 PSIM仿真

如图1，为PSIM仿真软件下的四级（两个电容、两个二极管构成一级倍压电路，一级倍压电路的输出电压为输入电压的两倍）C-W倍压整流电路图，其输入电压Ui是通过高频交错的控制策略生成幅值为310V、频率为25kHz的方波电压源，通过四级C-W倍压电路整流，理论上其输出电压Uo应为8Ui。在满足输出电流Io低于10mA的前提下，将负载电阻Ro选为280kΩ。

2 电容参数优化

将倍压电路中的电容定义为升压电容（C1、C2、C3、C4）和输出电容（C1*、C2*、C3*、C4*）。首先给定一组升压电容以及输出电容值，选定为1e-7F，以此作为参照，其仿真输出电压如图2；将升压电容改变为1e-6F、输出电容保持参照值不变，对比图3可知输出电压响应速度变慢、纹波增大但其对稳压值影响不大；而保持升压电容不变，改变输出电容为1e-6F，其输出电压如图4所示响应时间受到影响更大、稳压值降低但其纹波影响不大。

3 结论

通过对比，我们可以初步得出以下结论，升压电容越大使输出电压的动态响应时间增大、纹波明显但不影响输出电压值；输出电容越大对输出电压的动态响应时间影响更显著同时降低了输出电压稳态值而对纹波影响不大。

（通讯作者：管瑞欣）

参考文献

[1]戚栋，王宁会.实用电源技术手册特种电源分册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2005：72-79.

[2]胡秀芳.基于ARM高级定时器的高频交错SPWM实现方法[J].陕西电力，2015（04）：32-35.

[3]洪悦.30kV可调直流高压电源设计[D].大连：大连理工大学，2011.

通讯作者简介

管瑞欣（1991-），女，汉族，山西省运城市人。硕士研究生学历。主要研究方向为高压PWM直流电源。

作者单位

升压电路范文第9篇

[关键词]lm2577、升压电源、效率

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0297-02

[Abstract]DC-DC converter is one DC voltage is transformed into another DC voltage required （fixed or adjustable）.This technology is widely used in computer，office automation equipment，industrial instrumentation，military，aerospace and other fields related to national economy sectors，the converter also need to meet safety standards in these areas.This design is based on Lm2577 booster power integrated chips， 5 v input， 6 v to 12 v output， the "low power" into "high power"， have the effect that "low into higher". Within the scope prescribed output， the efficiency can reach above 85%， with high conversion efficiency， and satisfy people in daily life need to convert low voltage dc power supply into the demand of high voltage power supply.

[Key words]lm2577， booster power supply， efficiency

1.背景与意义

当今时代，电作为一种不可或缺的能源，无处不在。生活中大多数稳压电源都是由高压稳成低压，但有些时候需要把低压转为高压。例如：一些都市白领在开车的时候笔记本没了，这时如果可以把汽车电瓶电源经过升压得到笔记本所需的电源电压，进而为笔记本充电，这样就可以在开车的时候充电，必然会为快节奏的都市白领节省不少宝贵的时间。

2.系统方案设计与主要模块

2.1 方案设计

采用MC9S12XS128单片机作控制电路作控制电路，驱动LCD显示输出电压，同时改变数字电位器的输出电阻，以调整输出电压。LM2577T-ADJ升压芯片构成DC/DC电源核心部分（图1）。

2.2 升压模块

采用 Lm2577集成升压芯片，该方案简单可靠，性能稳定，LM2577T-ADJ升压芯片构成DC/DC电源核心部分。

2.3 显示器模块

使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，设计简单，且用12864串行接法会大大简化电路。

2.4 键盘模块

采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。

电压值步进步减调整，实际需要的按键只有四个。

2.5 控制器模块

考虑低功耗的单片机，在保证高精度计算能力的前提下尽量降低功耗，本作品采用Freescale XS128芯片，该芯片是Freescale公司开发的16位单片机，除此之外MC9S12XS128 把 CPU、RAM、ROM 以及 I/O 口统统集成在一个电路芯片中，一个完整的最小系统必须包括这几个部分：供电电路、时钟电路、复位电路、串口通信端口和 BDM 接口。

3.系统硬件

系统硬件由以下四个部分组成：DC/DC升压电路，降压电路，显示电路，继电器开关电路。

3.1 降压电路

LM2596降压电路：电路图如图2所示

如图2所示：有Vo=Vref（1+R2/R1） 当Vref=1.23V 有R2=R1（Vo/Vref-1） 其中Vref为DC/DC开关稳压器内部自带的基准电压或者用户外接的基准电压，R1、R2构成输出电压采样电路，用于设置输出电压的大小。当输出电压Vout因负载变化而变化时， 反馈电压Vf也随着变化，DC/DC稳压器内部的控制电路根据反馈电压Vf（采样电压）与Vref差值的大小来适当调整功率变换电路的控制参数（如PWM的占空比等），使输出电压稳定在一个固定的值，达到稳压的目的。

本设计要求的输出电流较大。一般的7805稳压电路根本就不能实现。最终方案采用基于LM2596 的DC-DC模块来实现降压。

3.2 升压电路（图3）

①利用BOOST变换器升压原理，将5V电压升高到12V。

②输出电压计算公式：Vout=1.23V*（1+R1/R2）

③图中R1为数字电位器，单片机控制其阻值大小来改变输出电压。

④LM2577的2脚（FEED-BACK）为反馈取样电压输入引脚，与R1、R2构成闭环反馈网络来稳定输出电压。

⑤LM2577的1脚（COMP）接补偿电容与补偿电阻。

3.3 控制电路

①MC9S12XS128单片机作主控制芯片，同时用24C02记忆芯片实现断电输出电压数据不丢失功能，IIC总线与单片机连接。

②数字电位器采用MCP41010，为256抽头线性调节数字电位器，SPI总线与单片机连接，阻值调节范围为0-10K，有足够高的精度满足电路的需要（图4）。

3.4 LCD显示电路

为了节省引脚以及保证电路的简洁性，采用12864串行接法（图5）。

3.5 继电器开关电路（图6）

原理：单片机通过三极管的开关来控制继电器的吸合，当单片机的引脚输出低电平的时候，三极管导通，继电器吸合；当单片机的这个引脚高电平时，三极管截止，继电器断开，从而起到开关的作用。

4.测试结果

4.1 输出电压范围测试

测试条件：空载

按“+”键电压可调至+10.5V，按“-”键电压可调至6.0V。测试符合要求（表1）。

4.2 电流显示准确性测试

测试条件：输出电压为9V

调节负载，在输出电流分别为0.3A、0.5A、0.7A、1A时，测量电流显示值与实际值的差异。经测试误差不大。输出电流的最大值达1.2A。

4.3 电源效率测试

根据公式P=UI=I^2R=U^2/R 计算，在电源输入电路和输出电路中断开电路，将万用表串入电路测量电流，或者在干路中串联1欧姆的采样电阻，测量电压，并联在电路中测量输入和输出电压效率η=UoIo（输出功率）/UiIi（输入功率）。

测试条件：输出电压9V，负载电流1A（表2）

4.4 纹波电压测试

测试条件：输出电压为9V，输出电流为1A

用交流毫伏表并接在输出电压两端测得（表3）

4.5 过流保护功能测试

在电压输出电路中，串接2A的自恢复保险，当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。

5.结语

本系统以MC9S12XS128单片机为核心部件，改变MCP41010数字电位器的阻值实现了设计要求。在系统设计过程中，力求硬件电路参数合理，线路简单，发挥软件编程灵活的特点，通过多次调试，不断提高系统的精度和电流的稳定性，来满足系统设计的要求。该系统还有许多值得改进的地方，会进一步研究。

参考资料

[1] 戴和权，陈月敏. 《程控DC/DC升压电源》设计报告.

[2] 郭天祥.51单片机C语言教程―入门、提高、开发、拓展全攻略. 北京：电子工业出版社，2009.

[3] T浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

[4] 邱关源.《电路》.高等教育出版社，2006.

[5] 童诗白.《模拟电子技术》.高等教育出版社，2006.

[6] 孙同景.Freescale 9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术.机械工业大学出版社.2010.

作者简介

升压电路范文第10篇

1低电压欠压脱扣器方案研究

1.1电磁铁参数DW50断路器所采用的欠压脱扣器，其电磁铁普遍采用“联合设计”的电磁铁，其电参数如下。线圈参数：0.17，7600匝，580；始动电压（Vs）：150V；工作电压（Vo）：30V；维持电压（Vm）：9.5V。电磁铁可以在一个很宽的电压范围内工作。结合断路器用欠压脱扣器特点，控制电路应向电磁铁提供一合适功率，防止电磁铁“震脱”[3]。

1.2方案研究由电磁铁特性可知，电磁铁吸合时的“始动电压（功率）”往往比“维持电压（功率）”高出许多。欠压脱扣器装配于断路器中，断路器主触头系统合闸时会产生框架震动，为保持电磁铁动铁心不会自行脱落，要求电磁铁线圈有一个大于维持电压的“工作电压（功率）”。无论是直流24V输入，或是交流24V输入，控制电路直接驱动电磁铁，不能正常工作。为此，设计低电压欠压脱扣器方案如图1所示。输入电压经EMC电路抗干扰滤波后，形成二次电压接桥式整流器B1，B1的输出定义为SP。对于直流电压输入，起到极性转换作用；对于交流输入，由B1整流为脉动直流。SP经D0隔离、C1滤波后接至升压电路，同时接电电源电路。电源电路产生12V电压供升压电路与开关电路，生产的5V电压供片机电路。SP同时接由R1、R2组成的采样电路，采样信号SA送单片机。单片机控制升压电路与开关电路。

1.3主电路与储能电容与一般升压电路不同，为了避免电磁铁动——静铁心之间的撞击，提高电磁铁的工作次数，以始动电压（功率）足够、平稳过渡到工作电压（功率）的方式为最佳。即，VH电压首先充电到150V（A点），然后接通开关电路（K），依靠电容电荷释放做功吸合电磁铁。随后将输入电压提升高工作电压30V（B点），如图2（a）所示。设升压电路中的滤波电容为C2，充电电流为iL，电磁线圈等效为电感DL、内阻DR，开关电路为K，主电路结构如图2（b）所示。K闭合瞬间，电磁铁获得的始动功率是来自输入电源的电流iL和电容放电电流iC共同产生的功率。电容C2的放电时间t2要大于电磁铁的触动时间与吸合时间之和[4]。根据C2对DR的放电功率，有已知电磁铁触动与吸合时间之和为5.6ms，电容放电电流取初始电流（I=150V/580）代替，可求出电容器容量为112F，取100F。实验过程中，通过观察C2对电磁铁的放电电流，在电磁铁动铁心正好运动到结束时为止。既可以确保电磁铁可靠吸合，又可以避免动铁心对静铁心之间的过渡冲击。

2主要单元电路设计

2.1升压电路单片机发出PWM控制信号CO，经三极管T1放大后推动由T2与T3组成的推挽电路，驱动MOS管T4。储能电感L1输入端直接连接VA，输出端经D1接电容C2。R6与R7、R8组成电压取样电路。取样信号经Z1限幅后接三极管T5，T5集电极信号VINT输出至单片机。R9、R10分别为T5的基极、集电极偏置电阻。第一阶段（空载）升压时，单片机输出低电平信号LV，R8可视为短路，分压比较小，VH电压值充电到目标值后，VZ击穿稳压管Z1，经T5放大后，VINT由高电平转为低电平,引发单片机中断。第二阶段恒压时，单片机将输出信号LV设置为高阻态，R8加入取样电路，进行同样的反馈过程。设第一、第二阶段取样信号VZ相同，则可在假设电阻值R6、R7的前提下得到R8具体参数。由于主电容C2取值较大，储能电感可按电感电流临界模式估算：由于电磁铁工作电压范围很宽，利用单片机生产PWM控制升压电路，结合升压电路反馈信号至单片机，即可满足电磁铁的正常工作。

2.2信号采样图1中的R1、R2组成电压采样回路，采样信号送入单片机。上电后，单片机首先启动定时器1定时100ms，并令SA输入引脚为边沿触发中断方式。在这100ms时间内无中断触发，表明为输入电压为直流电压，否则为交流电压。交流电压输入时，中断触发定时器2的时间，即为输入电压半个周期的时间。舍去第一次、最后一次定时器2记录的时间，将其余周期时间求均值算出电网周期值，然后均分为32等分，即按每半个周期采样32点进行采样，进行有效值计算。对于直流输入，则直接求32次采样值的均值。

2.3单片机电路单片机完成信号采样之外，还控制升压电路与开关电路。单片机电路包含3位BCD拨码电路。单片机先行输出LV低电平，并向升压电路CO输入PWM升压，直至反馈信号VINT为低电平时，将CO置高电平。一旦VINT为高电平时，单片机再度向CO输入PWM信号进行升压，保持VH为一恒定启动高压。在这过程中，单片机同时检测输入电压的大小，当输入电压信号大于85%的Ue后，单片机控制开关电路接通电磁铁。完成电磁铁起动之后，单片机置LV为高阻态，同样使得VH恒定在电磁铁工作电压附近。单片机读取3位BCD拨码开关状态。3位BCD拨码全部断开时，表示“瞬时”脱扣；3位BCD拨码其余不同组合状态，分别表示0.5、1、2、3、5、6、10s欠压延时断开时间。当输入电压信号小于50%的Ue后，单片机按BCD拨码不同组合状态，控制开关电路电磁铁断开。单片机全局处于停机（STOP）状态，采用32等分的定时中断激活方式工作，既可有效降低自身功耗又提高了抗扰能力。

3结论

欠压脱扣器在不同的实际应用场合，操作电压不尽相同，也可能电源频率不同。对于不同电压等级、不同电源频率，使用同一种电磁铁作为欠压脱扣的基础元件，既可以避免断路器制造过程中的麻烦，又为断路器性能检验提供了方便。本文研究的低电压交直流欠压脱扣器，沿用DW50欠压脱扣器之电磁铁，充分发挥电子技术的优点，具备抗扰能力强、起动可靠、脱扣准确、延时脱扣的延时时间值精确等优点。产品全面经受1.5倍电网电压老化、脉冲群考核试验。提供了一种低电压下使用较高工作电压电磁铁的解决方案。