帶斜坡補償的BOOST變換器

尹鵬鴻，馬志杰 ，尹鵬騰

上海理工大學光電信息與計算機學院，上海 200093

Boost 變換器有很多優點，首先它結構比較簡單，所以體積較小；又因為它具有較高的轉換效率，所以它克服了傳統串聯型穩壓電源能耗大的缺點。但它也有一些缺點：第一，變換器的輸入、輸出電流存在著脈動現象，這就對輸入電源有著電磁干擾且輸出有較大紋波的電流。所以實際應用時常加有電容作為輸入，輸出源的濾波器；第二，開關管發射極不接地，這使得驅動電路復雜化。這些都是限制升壓Boost 變換器在實際中的應用的主要因素。

總之，在Boost 變壓器自身的電路結構的基礎上，結合PWM 控制芯片的特點，再參考斜坡補償的作用，設計出了的大功率輸出且具有良好輸出特性的升壓電路結構。

1 電路原理分析和開關芯片的介紹

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，開關通的是直流。假設所有的器件都工作在理想的狀態下，我們從變換器充電和放電這兩個過程分析電路。

充電過程：開關閉合，開關可以用導線代替。電流從電感流過。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緩慢的增大，而隨著電感中電流的增大，電感儲存越來越多的能量。

放電過程：開關斷開，相當于斷路。由于電感具有阻礙其自身電流變化的特性，電感的電流值會由充電完畢時的電流值緩緩趨于零。而此時開關管已斷開，電感通過輸出電路開始對電容充電，那么隨著充電的繼續，輸出電路中電容兩端的電壓就高于了輸入電壓。

總之，說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。

1.2 UC3842 控制芯片

UC3842 是一個PWM 脈沖寬度可調的控制芯片，以下為其幾個主要引腳的說明：

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 斜坡補償

斜坡補償基本上是在電流上迭加一個固定斜坡的信號。事實上，斜坡補償的真正作用是使控制環更像電壓模式控制。

2 電路設計及仿真結果圖

2.1 電路設計

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

根據輸入輸出的特性和Boost 電路的結構以及斜坡補償的原理。計算出電路的主要器件參數sL 。

電路PWM 占空比的值計算為：

其中Vi 為設定的輸入直流電壓24V，V0 為要求的輸出直流電壓34V。

假設輸出負載為滿載時：

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

故電感 Ls的大小應為：

2.2 電路設計及仿真結果

圖1 設計電路圖及測得波形 圖

通過仿真得出輸出為：34.5V。矩形波為開關輸入波形，橫線為我們希望得到的輸出34.5V。實驗結果證明了本文的觀點。

3 結論

UC3842 是一款PWM 脈寬控制器芯片，使得簡單的BOOST 電路形成一個電壓負反饋電路，從而使輸出電壓穩定在期望得到的值附近，使BOOST 變換器的電流和電壓有一個良好的動態性能，而且使BOOST 電路輸出功率增加。但由于占空比的變化，容易產生次諧振蕩，不得不加以斜坡補償來改進變換器的特性。

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