基于單片機的升壓電路設計與仿真

董巖++郭宏

摘要：以單片機為分析對象探索升壓電路的設計與仿真方式，在此過程中需要分析Boost電路升壓原理，從而更加全面的分析硬件設備電路的整體設計方案，此外，從軟件設計層面分析其功能的發揮與設定。通過大量的分析與研究可以發現，通過此種方式設計電路更加直接，可以達到預期的結果。

關鍵詞：單機片；升壓電路；設計與仿真

前言

三項逆變電源在設計階段需要注意升壓電路的設計，一般而言應該在直流電源與逆變電路之間放置相應的升壓電路，而最常用的是DC/DC模式，其功能的發揮在于將蓄電池組合體升壓到DC540V。但是實際應用過程中會出現電壓波動情況，因此應該保證整個輸入電壓應該保持在108V左右，輸出電壓則應該保持在540V左右。Boost升壓電路的整個結構相對比較簡單，整個結構系統中一般只有一個開關管，這種設計方案可以解決傳統設計電路對電源功效的損耗，該種結構體系的體積相對較小。

一、設計模式

整個電路的設計電壓應該經過嚴格調試后直接傳送到STC12C54010AD單片機，這是因為該種單片機具有八個通道，并且可以持續性的保證輸出PWM驅動信號，可以滿足一般電路動能的需求，因此該種電路的設計并不需要增加A/D轉換電路，也不需要額外增加PWM信號路徑，只需要調試PI計算方法就可以嚴密的控制電路信號傳輸模式與信號內容，從而讓信號傳輸形成一個完整的循環模式，保證電壓的穩定輸入與輸出。在此過程中需要借助單片機I/O接口，并在此基礎之上建立A/D轉換口，在DC2DC升壓系統的維護下保證整個設計電路系統的完整性，從而最大程度的改善系統功能是設計的關鍵所在[1]。

二、硬件設計方案

在單機片電路中，如果開關管的通態時間為ton，則電路連通階段的電能感應量值為L上的積蓄能，可以表示為EIiton。如果斷電持續時間為toff，那么在斷電階段的電感L釋放能量的積蓄能可以表示為（U0-E）Iitoff。如果整個電路的運行相對穩定，那么一個周期T內的電感L釋放的積蓄能量與最終積蓄能量是相等的，那么可以最終表述為：

其中 表示電路的輸出電壓高于電源實際電壓，因此此種電路被稱之為升壓電路，英文稱之為Boost變換器。它也直接表示升壓的比值，可以通過相應的方法進行調節，以此來改變整體電壓的輸出量。如果將升壓比的倒數記為β，那么β就表示輸出的電壓量小于電源的電壓。升壓電路的輸入電壓高于電源電壓主要是因為L電路儲備電壓能具有調節電壓的作用，此外，電容也可以保持整體電路電壓保持穩定。如果將電路中的電能損耗忽略不計，那么電源的供電能量僅僅是由電壓負載消耗的，而升壓電路則可以被直接當作直流變壓器。

整個電路的系統的組成要見還包括二極管，它的最大直流電量可以表述為 。一般電路的電壓都有承載度，因此，如果考慮電路的電壓、元器件的成本等，那么應該選擇RM200HA224F規格的。

電路的電容設計應該以電路的電感電流連續模式為基礎，考量電容器內部二極管的電流承載力Id，應該維持整個電流流向為平直電流，因此，在指定的電壓限制中，應該設置電容的電壓為： 。其中 為波紋電壓，規定取值為10V，因此C=31.69（μF）。在電路通電以及充電的階段內，一般電容的規定容量必須可以進行負載供電，因此所要求的電容也相對較小，而實際選擇的電容一般取值為50μF，耐壓值應該保持在900V。

對隔離驅動電路進行設計的方法一般是直接驅動法、隔離驅動法和集成模塊驅動電路、該逆變電源采用FXB系列集成模塊EXB841來驅動IGBT模塊。集成模塊驅動電路與分立元件的驅動電路相比，有體積小、效率高、可靠性高的優點。EXB841適用于開關頻率為40kHz以下的開關操作，可以用來驅動400A，600V或300A，1200V的IGBT。它采用單電源工作，供電簡單，內置高速光耦實現輸入、輸出的隔離，同時，芯片內部設有過電流保護電路，且過電流保護后在封鎖自身輸出的同時，由專門的故障信號輸出端發出故障信號[2]。

電路整體設計完成后應該對電路進行保護系統設計，直流電源中的功率器件IGBT是系統的主要部件，也是最昂貴的部件。由于它工作在高頻、高壓、大電流的狀態，所以也是最容易損壞的部件[3]。因此IGBT的保護工作顯得十分重要。該系統中具有較為完備的保護電路及保護程序，保護電路主要有以下幾個部分：輸出過壓保護電路；輸入過壓、欠壓保護電路；IGBT短路保護電路；溫度保護電路。

結論：綜上所述，在現代物理學發展的推動下，對升壓電路的相關研究也隨之提高，尤其是在單片機應用基礎之上對其相關技術與仿真的研究推動我國電力系統的發展，更成為實現我國工業現代化的強有力保障。

參考文獻：

[1]薛儉雷，田春華，萬永剛.太陽能電池升壓電路的設計與仿真[J].微型機與應用，2012，13：22-24.

[2]白林緒，申利飛，王聰.基于51單片機控制的數字可調高效開關穩壓電源設計[J].電源世界，2010，09：21-24+60.

[3]蔣培興.基于AT89C52的大功率太陽能LED路燈電路設計與仿真[J].照明工程學報，2009，04：59-64.