DC-DC升压开关电源设计..docVIP

设计要求 本课程要求设计一个DC-DC升压开关电源，输入低压直流信号，输出为高压直流信号。 设计要求：1、输入5V直流，输出12V、100mA直流 2、在额定负载情况下，纹波的峰-峰值=30mV 3、输出尖峰电压峰-峰值=200mV 4、100mA电压下降=30mV 设计方案 理论基础 The boost converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。当开关断开（三极管截止）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。升压完毕。说起来升压过程就是一个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，那么在输出端就可以在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。 框内电路设计 振荡电路 此部分电路是由一个555定时器构成的多谐振荡器，它的工作原理如下： 555的阈值输入THR和触发输入TRI相连，由电容的端电压Uc控制。 暂态1：Uc小于555定时器的阈值电平Vref2，输出OUT为高电平，放电管VT1截止。由于DIS端呈高阻状态，电源通过电阻R1，R2向电容充电，Uc逐渐上升。当Uc上升到略大于阈值电平Vref1时，输出OUT翻转为低电平，暂态1结束。同时因为放电管VT1导通，电路又产生新的过渡过程。 暂态2：电容通过电阻R2和放电管VT1放电，Uc逐渐下降。但只要Uc大于Vref2，定时器的输出就保持不变，直到Uc略小于Vref2，输出再次翻转，OUT=‘1’，暂态2结束，回路回到暂态1。如此周而复始循环，输出频率一定的矩形波信号。若CON端没有外加控制电压，则Vref1=2/3Vcc，Vref2=1/3Vcc。 主电路 主电路就是要完成从输入到输出的升压过程，它主要由一个大功率三极管和一个上拉电感构成，三极管主要用于配合输入的方波进行开关转换，电感的作用是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，升压过程的完成主要起隔离作用，二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，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LM339类似于增益不可调的运算放大器每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。 器件表 型号 数量 555定时器 1 电压比较器LM239J 1 稳压管3V 1 电感1mH 1 电感0.1mH 1 电容10nF 2 电容100nF 2 电容470uF 1 三极管3DD17 1 三极管9013 1 三极管3DG130 1 二极管 2 电阻10K 3 电阻1K 3 电阻300 1 电阻1.2K 1 电阻5.1K 1 电阻400 1 滑动变阻器10K 1 13 13 振源 （方波，占空比85%） 主电路 滤波电路 电压比较电路 反馈调整电路