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

I.熟悉BOOST变换电路工作原理，探究P1D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

I.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

本设计方案主要分为4个部分：1）Boost变换器主电路设计；2）PWM控制

电路设计；3）驱动电路设计；4）保护电路设计。系统总体方案设计框图如图

1.1所示。

图1.1系统总体方案设计框图

1.主电路参数设计[L2]

电路设计要求：输入直流电压975v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)o

Boost变换器主电路如图1.2所示，由主开关管Q、电感L、滤波电容C、功率二

极管VD和负载R组成。

图1.2Boost变换器主电路

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：

n,=1-^-=1--=0.375

nunJ,24

%=1旦=1-2=0625

eUt)24

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

,0(1-。)2〃T0.375x(l-o.375)2〜〃

L>-........[=--------------------------x24x2.5xl05=35.16〃〃

27,2x1.25

取输出电流纹波小于40%,即:

空=空左”<40%

工”,

。(一。)。,

120.375x(1—0.375)2x24-5

L>___=7TT"x2.5xl0=175.78/7/7

40%/,40%x1.25

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:

CU.

DTL0.625x2.5xl0-5xl.25

c>•*”-=81.38〃/

1%/0.01x24

实际选用220/ZF/50V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2小，考虑到过载条件，开

关管最大实际漏源电流为：

__1,0（1—1.25上24x2.5x10-5

z=/zi+-AAZ/1=----（）---+---U=-----+--------------hx3A

DSma'L2\-DIL°s0.58x180x10^

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0.055Q,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

本设计的控制部分采用集成控制芯片SG3525,以简化控制电路的设计并提高系

统的可靠性,SG3525控制电路图如图1.3所示。

图1.3SG3525控制电路图

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：

f=----------!----------=------------------------------------------X40KHz

-9

（0.7Rf.+RD}CT（0.7x3.3x10,+200）xlOxlO

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，从而使输出电压口恒定在24V。选取PI的调节

参数分别：电阻，匚I,即口，口，口。

3.驱动电路设计

如图1.4所示是主开关管MOSFET管驱动电路，是由三极管Q1和Q2组成

的推挽电路。开通时，提供+15V电压信号，美断时提供-5V电压信号，使

MOSFET可以快速的可靠地开通关断。该驱动电路输入为控制电路的输出即

PWM波，输出接MOSFET的栅极（G极）。

图1.4驱动电路

4.过压保护电路设计

如图1.5所示是过压保护电路原理图，主要由比较放大器LM358、D触发器

74HC7AH和LED灯构成。保护电路的过压临界电压设定为27Vo

由原埋图可知，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。

图1.5过压保护电路原理图

图2.3保护电路仿真结果

（三）系统实验验证

1.电路的焊接与调试

为进行系统实验验证，首元需要按照所设计的电路原理图，在多功能印制板上进

行电路的焊接与调试，如图3.1所示是本系统电路原理身。根据系统的构成，将

主要分为PWM控制电路、主电路、保护电路这三个部分来进行电路的焊接与调

图3.1系统原理图

1）PWM控制电路

PWM控制电路焊接完成并旦检查无误后，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-IV。可以道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