帶斜坡補(bǔ)償?shù)腂OOST變換器

尹鵬鴻，馬志杰 ，尹鵬騰

上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，上海 200093

Boost 變換器有很多優(yōu)點(diǎn)，首先它結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以體積較??；又因?yàn)樗哂休^高的轉(zhuǎn)換效率，所以它克服了傳統(tǒng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源能耗大的缺點(diǎn)。但它也有一些缺點(diǎn)：第一，變換器的輸入、輸出電流存在著脈動(dòng)現(xiàn)象，這就對(duì)輸入電源有著電磁干擾且輸出有較大紋波的電流。所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)常加有電容作為輸入，輸出源的濾波器；第二，開關(guān)管發(fā)射極不接地，這使得驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化。這些都是限制升壓Boost 變換器在實(shí)際中的應(yīng)用的主要因素。

總之，在Boost 變壓器自身的電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合PWM 控制芯片的特點(diǎn)，再參考斜坡補(bǔ)償?shù)淖饔茫O(shè)計(jì)出了的大功率輸出且具有良好輸出特性的升壓電路結(jié)構(gòu)。

1 電路原理分析和開關(guān)芯片的介紹

1.1 Boost 變換器

Boost 變換器是輸出電壓高于輸入電壓的一種升壓電路，開關(guān)通的是直流。假設(shè)所有的器件都工作在理想的狀態(tài)下，我們從變換器充電和放電這兩個(gè)過(guò)程分析電路。

充電過(guò)程：開關(guān)閉合，開關(guān)可以用導(dǎo)線代替。電流從電感流過(guò)。這里二極管的作用是為了防止電容與地短路，擊穿。由于電感的特性，電感上的直流電流會(huì)緩慢的增大，而隨著電感中電流的增大，電感儲(chǔ)存越來(lái)越多的能量。

放電過(guò)程：開關(guān)斷開，相當(dāng)于斷路。由于電感具有阻礙其自身電流變化的特性，電感的電流值會(huì)由充電完畢時(shí)的電流值緩緩趨于零。而此時(shí)開關(guān)管已斷開，電感通過(guò)輸出電路開始對(duì)電容充電，那么隨著充電的繼續(xù)，輸出電路中電容兩端的電壓就高于了輸入電壓。

總之，說(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。

1.2 UC3842 控制芯片

UC3842 是一個(gè)PWM 脈沖寬度可調(diào)的控制芯片，以下為其幾個(gè)主要引腳的說(shuō)明：

UC3842 芯片一般輸入電源為15V，控制頻率的電容值一般取10kΩ，電容值為3.3nF。

1.3 斜坡補(bǔ)償

斜坡補(bǔ)償基本上是在電流上迭加一個(gè)固定斜坡的信號(hào)。事實(shí)上，斜坡補(bǔ)償?shù)恼嬲饔檬鞘箍刂骗h(huán)更像電壓模式控制。

2 電路設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果圖

2.1 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)UC3842 控制芯片的特性，加以斜坡補(bǔ)償電路部分，組成的電流型控制BOOST 變換器。該Boost 電路技術(shù)指標(biāo)為：輸入電壓為DC24V，輸出電壓DC34V。

根據(jù)輸入輸出的特性和Boost 電路的結(jié)構(gòu)以及斜坡補(bǔ)償?shù)脑?。?jì)算出電路的主要器件參數(shù)sL 。

電路PWM 占空比的值計(jì)算為：

其中Vi 為設(shè)定的輸入直流電壓24V，V0 為要求的輸出直流電壓34V。

假設(shè)輸出負(fù)載為滿載時(shí)：

式中：Vi為開關(guān)管的柵極電壓，Vs= 0.9v。電感的電流波動(dòng)大小為 Δi 。則

故電感 Ls的大小應(yīng)為：

2.2 電路設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

圖1 設(shè)計(jì)電路圖及測(cè)得波形 圖

通過(guò)仿真得出輸出為：34.5V。矩形波為開關(guān)輸入波形，橫線為我們希望得到的輸出34.5V。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文的觀點(diǎn)。

3 結(jié)論

UC3842 是一款PWM 脈寬控制器芯片，使得簡(jiǎn)單的BOOST 電路形成一個(gè)電壓負(fù)反饋電路，從而使輸出電壓穩(wěn)定在期望得到的值附近，使BOOST 變換器的電流和電壓有一個(gè)良好的動(dòng)態(tài)性能，而且使BOOST 電路輸出功率增加。但由于占空比的變化，容易產(chǎn)生次諧振蕩，不得不加以斜坡補(bǔ)償來(lái)改進(jìn)變換器的特性。

[1]賁洪奇，張繼紅，劉桂花，孟濤編著.基于Boost電路的PFC變換器.機(jī)械工業(yè)出版社，2010，7.

[2]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3]韓彬，景占榮，高田.Boost 電路的PSpice 仿真分析[J].微型電腦應(yīng)用，2006，22(1)：11-59.

[3]呂潔，何一卿.新穎交流開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)和仿真[J].微計(jì)算機(jī)信息，2004，20(12)：106-107.

[4]季振山，唐震宇，羅家融.電流控制型開關(guān)穩(wěn)壓電源[J].電子與自動(dòng)化，1999，28(1)：25-28.