BOOST电路方案设计

BOOST电路方案设计项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计一、目的1．熟悉BOOST变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理。3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。二、内容设计基于PWM控制的BOOST变换器，指标参数如下：⏹输入电压：9V～15V；⏹输出电压：24V，纹波<1%；⏹输出功率：30W⏹开关频率：40kHz⏹具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。⏹具有软启动功能。⏹进行Boost变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试三、实验仪器设备1．示波器2．稳压电源3．电烙铁4．计算机5．万用表四、研究内容（一）方案设计1．主电路参数设计[1,2]电路设计要求：输入直流电压9~15V，输出直流电压24V，输出功率30W，输出纹波电压小于输出电压的1%，开关频率40kHz，Boost电路工作在电流连续工作模式（CCM）。1）电感计算忽略电路损耗，工作在CCM状态，根据Boost电路输出电压表达式可得PWM占空比：即，。由于，当D=0.375时临界电流为最大，为使电路工作在CCM状态，有，即取输出电流纹波小于40%，即：综上，取电感为的磁环电感。2）输出滤波电容计算由输出电压纹波小于1%得：实际选用的高频电解电容。3）主开关管选取主开关管承受的最大漏源电压为最大输出电压24V，考虑到过载条件，开关管最大实际漏源电流为：考虑到实际电压电流尖峰和冲击，电压电流耐压分别取2.5和2倍裕量，即应选取耐压高于60V，最大电流6A。实际选用IRF540N型MOSFET管，最大漏源电压100V，最大漏极电流22A，通态电阻0.055Ω，最高开关频率超过10MHz。4）功率二极管选择因系统开关频率为40KHz，频率较高，故考虑选用快恢复二极管。二极管最大承受电压为24V，最大电流为1.25A，故实际选取600V/30A的快恢复二极管MUR1560。2．控制电路设计1）开关频率的设计开关频率由SG3525的第5、6、7引脚所接的定时电容、定时电阻和放电电阻确定，其计算公式为：故选取，，，对应开关频率为40KHz。2）电压调节器设计为了使电路具有较好的动态和稳态性能，本设计通过在SG3525的1、2、9引脚加入相应的PI电压调节环节，从而使输出电压恒定在24V。选取PI的调节参数分别：电阻，，即，，。3．驱动电路设计4．过压保护电路设计由原理图可知，比较器的反相端的参考电压为2.5V（将SG3525的16引脚所提供的5.1V基准电压通过一个电位器分压得到），比较器同相端的过压信号是从主电路的反馈端接入的。当输出电压超过27V时，比较器的输出由低电平跳变为高电平，而此时D触发器的Q端随输入端跳变到高电平，LED灯被点亮，并给SG3525的10引脚一个外部关断信号，使控制电路输出被禁止，从而实现电路故障保护功能。同时，将105的电容和1K电阻跨接在5.1V电压与GND之间，并从中间抽头接入D触发器复位端1端。这样，在开始上电时，电容相当于开路，使复位端置于高电平，起到复位的作用；当过压时，产生触发脉冲，电容充电，使得最终在RC时间内电容充电完成，复位端置低电平，整个D触发器等待被过压信号触发。而一旦过压信号消失，电容放电，复位端重新置于高电平，电路复位，保护功能取消，电路继续正常工作。（三）系统实验验证1．电路的焊接与调试1）PWM控制电路PWM控制电路焊接完成并且检查无误后，首先进行开环调试。具体方法是：①将SG3525的1脚和9脚之间所接的闭环控制回路断开，然后1脚和9脚短接，观察11、14脚是否有PWM波输出。若无PWM输出，则逐步排查电路。若有PWM波输出，则通过调节2脚所接的可调电位器来调节占空比。②检查推挽电路的输出波形，正常情况下应该是有正有负的PWM波，且PWM波的最大值应大于5V，最小值应小于-1V。可以通过调整推挽电路的电阻参数，来完成高质量的PWM波输出。2）主电路主电路的焊接应当注意：①因为主功率线所流过的电流比较大（带负载时将近3A），故应使用比较粗的铜线。②主电路与控制电路是共地的，能否可靠共地对实验能否顺利完成起到了至关重要的作用。③焊接完成后，接入电感，并将PI闭环控制回路接入SG3525的1脚和9脚，设置好PI调节的参数，检查无误后即可上电调试。④上电时应使主电路的输入电压逐渐升高至9V，同时用示波器观测主电路的输出端电压变化，当输入稳定在9V时调节SG3525的2脚的电位器，使主电路输出电压稳定在24V。至此，主电路调试完成。3）保护电路保护电路也比较简单，按照原理电路图焊接即可。首先SG3525的10脚与GND断开，然后再将过压信号经触发器5脚输出后接回SG3525的10脚。本设计的临界电压设定为27V，