【正文】 t 升壓斬波電路電感電流連續(xù)工作時 的波形 如上圖所示， Boost 升壓斬波電路工作于電感電流連續(xù)模式時，電路在一個開關(guān)周期內(nèi)相繼經(jīng)歷了兩個開關(guān)狀態(tài)，其各時段的工作狀態(tài)描述如下： 0t 1t 時段：開關(guān) MOS 管導(dǎo)通，電壓 iU 向電感 L 充電，電感電流不斷增大，續(xù)流二極管 D 此時處于關(guān)斷狀態(tài)，同時電容 C2 上的電壓向負(fù)載供電。 當(dāng) Boost升壓斬波電路工作于電感電流斷續(xù)模式時，電路的工作波形如圖 23所示。 Boost 升壓斬波電路工作于電感電流斷續(xù)模式時有： 10 zo UKU 2411 ??? （ 22） 式中： TRD LK 22? （ 23） 升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的主要原因： （ 1） L 儲能之后具有使電壓泵升的作用 （ 2）電容 C 可將輸出電壓保持住 控制電路模塊 電流型 PWM 控制實現(xiàn)的幾種方案 升壓斬波電路的控制一般是由電流型 PWM 控制技術(shù)實現(xiàn)的，它分為一下幾種控制方案： （ 1） 峰值電流模 式控制 (Peak Current． Mode Control PWM) 峰值電流模式簡稱電流模式控制，是一種固定時鐘開啟、峰值電流關(guān)斷的控制方法。 ④簡單自動的磁通平衡功能 。 ②閉環(huán)響應(yīng)不如平均電流模式控制理想 。因為電感處于連續(xù)儲能電流狀態(tài)，與控制電壓編程決定的電流電平相比較，開關(guān)器件的電流信號的上斜坡通常較小，電流信號上的較小的噪聲就很容易使得開關(guān)器件改變關(guān)斷時刻，使系統(tǒng)進入次諧波振DC/DC升壓斬波變換器的原理分析及設(shè)計 11 蕩 。平均電流模式控制 PWM集成電路出現(xiàn)在 90年代初期，成熟應(yīng)用于 90年代后期的高速 CPU專用的具有高 di/dt動態(tài)響應(yīng)供電能力的低電壓大電流開關(guān)電源。 ④適合于任何電路拓?fù)鋵?入或輸出電流的控制 。 （ 3） 電壓模式控制 PWM(Voltagemode Control PWM) 電壓模式控制 PWM 是 60年代后期開關(guān)穩(wěn)壓電源剛剛開始發(fā)展而采用的第一種控制方法。 ③對于多路輸出電源，它們之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好 。 ②補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計本來就較為復(fù)雜，閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化使其更為復(fù)雜 。 不同的 PWM反饋控制模式具有各自不同的優(yōu)缺點，在設(shè)計開關(guān)電源選用時要根據(jù)具體情況選擇臺適的 PWM控制模式。 （ 3）在 UC3842 芯片中管腳 3 用于電流的反饋，管腳 2 用于電壓的反饋。 （ 2）對控制模塊的 選擇問題。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進行精確的占空比控制、溫度補償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。 SO14 封裝的圖騰柱式輸出級有單獨的電源和接地管腳。 （ 2） 2 號管腳的功能為 電壓反饋，該管腳是誤差放大器的反相輸入端，通常通過一個電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。 （ 5） 5 號管腳的功能為 地 ， 該管腳是控制電路和電源的公共地（僅對 8 管腳DC/DC升壓斬波變換器的原理分析及設(shè)計 15 封裝如此）。 UC3842 工作電壓為 16~30V，工作電流約 15mA。這種電流型控制電路的主要特點是： （ 1）輸入電壓的變化引起電感電流斜坡的變化，電感電流自動調(diào)整而不需要誤差放大器輸出變化，改善了瞬態(tài)電壓調(diào)整率； （ 2）電流型控制檢測電感電流和開關(guān)電流，并在逐個脈沖的基礎(chǔ)上同誤差放大器的輸出比較，控制 PWM 脈寬，由于電感電流隨誤差信號的變化而變化，從而更容易設(shè)置控制環(huán)路，改善了線性調(diào)整率； （ 3）簡化了限流電路，在保證電源工作可靠性的同時，電流限制使電感和開關(guān)管更有效地工作； （ 4）電流型控制電路中需 要對電感電流的斜坡進行補償，因為，平均電感電流大小是決定輸出大小的因素，在占空比不同的情況下，峰值電感電流的變化不能與平均電感電流變化相對應(yīng)，特別是占空比， 50%的不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差，即使占空比小于 50%，也可能發(fā)生高頻次諧波振蕩，因而需要斜坡補償、使峰值電感電流與平均電感電流變化相一致，但是，同步不失真的斜坡補償技術(shù)實現(xiàn)上有一定的難度。 輸出電壓取樣電阻 R R3 值的確定： 因 UC3842 的腳 2 為誤差放大器反向輸入端，芯片內(nèi)正向輸入端為基準(zhǔn)，可知輸出電壓 ? ?232 .5 1 3 6oV R R V? ? ? （ 29） 當(dāng)取 R2=100KΩ 時， R3 經(jīng)計算為 由于儲能電感的作用，在開關(guān)管開啟和關(guān)閉時會形成大的尖峰電流，在 R5上產(chǎn)生一個尖峰脈沖，為防止造成 UC3842 的誤動作，在 R5 取樣點到 UC3842的腳 3 間加入 R、 C 濾波電路， R、 C 時間常數(shù)約等于電流尖峰的持續(xù)時間。 輸出電容 C7 的選定取決于對輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻 ESR 有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。而在實驗圖里面 Rt=R8,Ct=C1 保護電路： 當(dāng) UC3842 的腳 3 電壓升高超過 1V 或腳 1 電壓 降到 1V 以下，都可以使PWM 比較器輸出高電壓，造成 PWM 鎖存器復(fù)位。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 目前在各高校教學(xué)中普遍使用 Multisim2020，網(wǎng)上最為普遍的是 Multisim 9，NI 于 2020 年 08 月 26 日發(fā)行 NI 系列電子電路設(shè)計軟件， NI Multisim v 11 作為其 中一個組成部分包含于其中。 Multisim 11 組成： （ 1） ―――構(gòu)建仿真電路 （ 2） ―――仿真電路環(huán) 境 （ 3） multi mcu 單片機仿真 （ 4） ―― FPGA、 PLD， CPLD 等 仿真 (5) ―― 通信系統(tǒng)分析與設(shè)計的模塊 (6) ―― PCB 設(shè)計模塊：直觀、層板 32 層、快速自動布線、強制向量和密度直方圖 (7) －（自動布線模塊） 仿真的內(nèi)容： (1) 器件建模及仿真； (2)電路的構(gòu)建及仿真； (3)系統(tǒng)的組成及仿真； 20 (4) 儀表儀器原理及制造仿真。它很適用于如‘信號與系統(tǒng)’、‘通信’、‘網(wǎng)絡(luò)’等課程，難度適合從一般介紹到高級。 儀表儀器的原理及制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛擬儀器、儀表，并在計算機仿真環(huán)境和實際環(huán)境中進行使用。 啟動 Multisim 11 后，將出現(xiàn)主界面。 （ 2）菜單欄 菜單欄位于界面的上方，通過菜單可以對 Multisim 的所有功能進行操作。 (b) Edit Edit 命令提供了類似于圖形編輯軟件的基本編輯功能，用于對電路圖進行編輯。 (f)Transfer 菜單 Transfer 菜單提供的命令可以完成 Multisim 對其它 EDA 軟件需要的文件格式的輸出。 （ 3）工具欄 Multisim 11 提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過View 菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關(guān)閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。 (b)Design 工具欄作為設(shè)計工具欄是 Multisim 的核心工具欄，通過對該工作欄按鈕的操作可以完成對電 路從設(shè)計到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關(guān)下層的工具欄： Component 中的 Multisim Master 工具欄， Instrument 工具欄。 22 這個工具欄作為元 器件的頂層工具欄，每一個按鈕又可以開關(guān)下層的工具欄，下層工具欄是對該類元器件更細(xì)致的分類工具欄。 Multisim 對元器件的管理 EDA 軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該 EDA 軟 件的質(zhì)量和易用性。其中 Multisim Master 庫中存放的是軟件為用戶提供的元器件，User 是為用戶自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫。 據(jù)此用戶可以通過選擇 User 數(shù)據(jù)庫，進而對自建元器件進行編輯管理。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實際器件沒有。 （ 1）設(shè)置 Multisim 的通用環(huán)境變量 電路仿真與測試 23 為了適應(yīng)不同的需求和用戶習(xí)慣，用戶可以用菜單 Option/Preferences 打開Preferences 對話窗口。 (c)Zoom level：設(shè)置縮放比例。 (a)從工具欄取用 ： Design 工具欄 amp。TTL 工具欄 amp。 (b)從菜單取用：通過 Place/ Place Component 命令打開 Component Browser窗口。 7400 是四/二輸入與非門，在窗口種的 Section A/B/C/D 分別代表其中的一個與非門，用鼠標(biāo)選中其中的一個放置在電路圖編輯窗口中，如左圖所示。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點并拖動鼠標(biāo)至連線的終點。在選用后，各種虛擬儀表都以的方式顯示在面板電路中。 當(dāng)有集成控制芯片 UC3842 時的主電路仿真 為了使所搭建的電路能起到升壓的目的 ， 就必須用控制電路對 MOS 管不停的進行通斷 控制，這樣才能通過改變開關(guān)管的占空比，使升壓電路起到最終升壓的目的。還有兩個示波器，其中示波器 XSC1 用于測量負(fù)載端和電流采樣電阻處的輸出電壓波形，而示波器 XSC2 是用來獲取 UC3842 芯片的 6 號引腳輸出端電壓波形。 綜上可以看出，本次仿真所搭建的電路完全符合所要求設(shè)計的電路參數(shù)，只是輸出結(jié)果可能和理論值稍微有所偏差，但不影響輸出電路的總體特性的。與傳統(tǒng)的利用模擬電路控制相比，使用數(shù)字式集成芯片可以使電路控制更為方便、易于操作，可以從根本上提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，尤其是使控制電路的元器件數(shù)量明顯減少，縮小了控制板體積，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。相信開關(guān)電源在未來的用處十分之廣，為我們周圍的生活提供了許多方便。 接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)。 還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！ 參考文獻(xiàn) 31 參考文獻(xiàn) 【 1】 易衛(wèi)東，張建峽，謝靜．一種新型全橋 DC/DC軟開關(guān)電源的仿真研究 [J]．現(xiàn)代機械，2020， (2)： 23— 26． 【 2】 劉福鑫．高壓直流電源中 DC/DC變換器的研究 [D]．南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文． 2。同時，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正式在這樣一個團結(jié)友愛，相互促進的環(huán)境中，在和他們的互相幫助和啟發(fā)中 ，才有我今天的小小收獲。 30 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師 在畢業(yè)設(shè)計中 對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計期間所給予我的幫助。尤其是對升壓變換電路，通過控制全控型開關(guān)如 MOSFET 管的觸發(fā)脈沖來實現(xiàn)管子的通斷，從而改變輸出電壓的大小，并了解 PWM 控制電路的原理及其常用的集成芯片。 總結(jié) 29 總 結(jié) 本論文主要設(shè)計并實現(xiàn)了基于 UC3842 芯片實現(xiàn)雙閉環(huán)控制的直流升壓式穩(wěn)壓電源的系統(tǒng)。 28 圖 3— 3 UC3842 芯片所產(chǎn)生的 PWM 脈沖波形 根據(jù) UC3842所產(chǎn)生的 PWM脈沖波形可以看出，一個大格子占有五個脈沖，而一個大格子又代表 1ms，故一個脈沖的周期為 200181。 首先用 UC3842 芯片搭建出控制電路如下所示： 圖 34 控制電路 其中 UC3842 芯片周圍的電阻和電容值是根據(jù)電路中的參數(shù)計算出來的，它的接法也是參考了一些經(jīng)典電路所得。 當(dāng)沒有集成控制芯片 UC3842 時的主電路仿真 利用 Multisim 軟件搭成的電路圖如下所示： 圖 31 主電路 所顯示出來的負(fù)載端輸出電壓和電流情況如下圖所示： 電路仿真與測試 25 圖 32 負(fù)載端的輸出電壓波形 圖 33 負(fù)載端流過的電流值 仿真結(jié)果分析：根據(jù)以上的仿真結(jié)果可以看出，輸出端電壓為穩(wěn)定的，相對于 12V 的輸入電壓來說，輸出端電壓略微下降的原因是由于有管