基于NE555的直流升壓電路仿真分析

寧暉等

摘 要： 為了克服傳統直流升壓電路體積大、能耗大的缺點，設計一種基于NE555的直流升壓電路。該電路具有功耗低、結構簡單、變換效率高等特點。利用Proteus電路仿真技術，對該直流升壓電路模型進行仿真分析。通過改變影響直流升壓電路輸出的兩個關鍵因素，得到電路輸出電壓的變化規律。通過實驗驗證，設計電路達到了預期目標。實驗結果表明，在保持脈沖頻率和儲能電感的電感量一定的情況下，負載電阻和控制脈沖的占空比的增加，將導致電路輸出電壓增大。

關鍵詞： 直流升壓電路； 電路模型； 電路仿真技術； Proteus

中圖分類號： TN782+.3?34； TP62+1； TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）18?0144?03

Abstract： To overcome the disadvantages of large volume and high energy consumption of traditional DC boost circuit， a DC boost circuit based on NE555 was designed. The circuit has the characteristics of low power consumption， simple structure and high conversion efficiency. The DC boost circuit model was analyzed and simulated by Proteus circuit simulation technology. The change rules of output voltage was obtained by adjusting the two key factors influencing the output of the DC boost circuit. It was verified by the experiment that the designed circuit can meet the expected objective. The experimental results show that the increase of the load resistance and duty ratio of control pulses will cause the increase of the circuit output voltage while maintaining the pulse frequency and inductance value of energy storage inductance in a certain value.

Keywords： DC boost circuit； circuit model； circuit simulation technology； Proteus

低功率直流升壓原理應用廣泛，常應用于電路開關控制器和直流電源的設計[1?2]。直流升壓電路分為隔離型和非隔離型兩種，傳統直流升壓電路采用電磁感應變壓器的隔離型電路，具有體積大、能耗大的缺點。非隔離型直流升壓電路又分為電容型和電感型，電容型電荷泵倍壓轉換電路輸出電壓的范圍有限，未獲得廣泛應用。本文設計了一種基于NE555的電感式非隔離型直流升壓電路，NE555無穩態多諧振蕩電路能產生頻率和占空比可調的脈沖信號，可將直流5 V電壓升高至所需直流電壓，適合作為直流升壓電路的開關電路。

1 系統組成與原理

直流升壓電路系統主要由電源、開關信號發生器、開關三極管、儲能電感和整流二極管等器件組成，如圖1所示。

系統的工作原理為：NE555輸出脈沖信號控制三極管Q1的通斷。Q1導通，電源流入的能量儲存于電感中；Q1從導通到截至的瞬間，電感另一側將產生高于電源電壓的瞬時脈沖。此脈沖經整流后給電容C7充電，輸出放大的低功率電壓。

2 電路分析

根據多諧振蕩電路原理[3]，基于NE555的無穩態多諧振蕩電路設計如圖1左半部分所示。通電后，NE555的2腳電壓小于[13]VCC，3腳輸出高電平，內部放電管截止，使7腳掛空，電源VCC通過R1和R2對電容C1充電；當C1充電到2腳電壓大于[23]VCC后，3腳輸出變為低電平， 內部放電管導通，7腳接地，電容C1通過R2對地放電，2腳電壓下降；當2腳電壓下降到小于[13]VCC后，電源VCC又通過R1和R2對電容C1充電，使2腳電壓上升。循環過程中，3腳將輸出方波信號：

穩態下，三極管Q1的基級電壓VQ波形如圖3所示，周期為0.035 ms，高電平持續時間為0.024 ms，符合理論計算。通過電感L1的電流I1波形如圖4所示，其波形變化與VQ波形相對應，符合理論分析。

（1） 保持脈沖信號頻率不變，占空比變化

脈沖信號頻率不變，占空比變為90%。穩態輸出電壓Vout為38.2 V，電流I1波形圖如圖5（a）所示。脈沖信號頻率不變，占空比變為52%。穩態輸出電壓Vout為12.3 V，電流I1波形圖如圖5（b）所示。

（2） 輸出負載電阻變化

當負載電阻R6為68 Ω時，為降低RC低通濾波上限截止頻率，將C8增至100 μF，穩態輸出電壓Vout為9.52 V，電流I1波形圖如圖6（a）所示。當輸出空載，即沒有R6，C8為10 μF時，穩態輸出電壓Vout為40.5 V，電流I1波形圖如圖6（b）所示。

由仿真分析可知，在保持脈沖頻率和電感量不變的情況下：負載電阻不變時，增加脈沖信號占空比，將導致輸出電壓升高；脈沖信號占空比不變時，增大負載電阻，將導致輸出電壓升高。

3.2 實驗分析

根據圖1所示電路原理圖，搭建實驗電路，并進行實驗分析。根據仿真測試內容，通過改變元器件，測得不同情況下的穩態輸出電壓數據。穩態輸出電壓仿真實驗對照數據表如表1所示。

由實驗結果可見，輸出電壓變化規律與理論分析一致。由于實際電路有一定電路損耗，輸出電壓略低于仿真結果。

表1 穩態輸出電壓仿真實驗對照數據

4 結 語

本文設計了一種基于NE555的直流升壓電路，利用Proteus軟件對電路進行仿真分析，并進行了實驗驗證。結果表明，在保持脈沖頻率和儲能電感的電感量一定的情況下，通過合理選擇電路中的各器件參數，可以得到所需的低功率直流電壓。

參考文獻

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