寧暉等

摘 要： 為了克服傳統(tǒng)直流升壓電路體積大、能耗大的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于NE555的直流升壓電路。該電路具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、變換效率高等特點(diǎn)。利用Proteus電路仿真技術(shù)，對該直流升壓電路模型進(jìn)行仿真分析。通過改變影響直流升壓電路輸出的兩個(gè)關(guān)鍵因素，得到電路輸出電壓的變化規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)電路達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fù)載電阻和控制脈沖的占空比的增加，將導(dǎo)致電路輸出電壓增大。

關(guān)鍵詞： 直流升壓電路； 電路模型； 電路仿真技術(shù)； Proteus

中圖分類號： TN782+.3?34； TP62+1； TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)用廣泛，常應(yīng)用于電路開關(guān)控制器和直流電源的設(shè)計(jì)[1?2]。直流升壓電路分為隔離型和非隔離型兩種，傳統(tǒng)直流升壓電路采用電磁感應(yīng)變壓器的隔離型電路，具有體積大、能耗大的缺點(diǎn)。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(zhuǎn)換電路輸出電壓的范圍有限，未獲得廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了一種基于NE555的電感式非隔離型直流升壓電路，NE555無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路能產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)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(guān)電路。

1 系統(tǒng)組成與原理

直流升壓電路系統(tǒng)主要由電源、開關(guān)信號發(fā)生器、開關(guān)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(tǒng)的工作原理為：NE555輸出脈沖信號控制三極管Q1的通斷。Q1導(dǎo)通，電源流入的能量儲存于電感中；Q1從導(dǎo)通到截至的瞬間，電感另一側(cè)將產(chǎn)生高于電源電壓的瞬時(shí)脈沖。此脈沖經(jīng)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(jù)多諧振蕩電路原理[3]，基于NE555的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路設(shè)計(jì)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(nèi)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(dāng)C1充電到2腳電壓大于[23]VCC后，3腳輸出變?yōu)榈碗娖剑?內(nèi)部放電管導(dǎo)通，7腳接地，電容C1通過R2對地放電，2腳電壓下降；當(dāng)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(huán)過程中，3腳將輸出方波信號：

穩(wěn)態(tài)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(xù)時(shí)間為0.024 ms，符合理論計(jì)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(yīng)，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?yōu)?0%。穩(wěn)態(tài)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?yōu)?2%。穩(wěn)態(tài)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(fù)載電阻變化

當(dāng)負(fù)載電阻R6為68 Ω時(shí)，為降低RC低通濾波上限截止頻率，將C8增至100 μF，穩(wěn)態(tài)輸出電壓Vout為9.52 V，電流I1波形圖如圖6（a）所示。當(dāng)輸出空載，即沒有R6，C8為10 μF時(shí)，穩(wěn)態(tài)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(fù)載電阻不變時(shí)，增加脈沖信號占空比，將導(dǎo)致輸出電壓升高；脈沖信號占空比不變時(shí)，增大負(fù)載電阻，將導(dǎo)致輸出電壓升高。

3.2 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)圖1所示電路原理圖，搭建實(shí)驗(yàn)電路，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。根據(jù)仿真測試內(nèi)容，通過改變元器件，測得不同情況下的穩(wěn)態(tài)輸出電壓數(shù)據(jù)。穩(wěn)態(tài)輸出電壓仿真實(shí)驗(yàn)對照數(shù)據(jù)表如表1所示。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，輸出電壓變化規(guī)律與理論分析一致。由于實(shí)際電路有一定電路損耗，輸出電壓略低于仿真結(jié)果。

表1 穩(wěn)態(tài)輸出電壓仿真實(shí)驗(yàn)對照數(shù)據(jù)

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一種基于NE555的直流升壓電路，利用Proteus軟件對電路進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)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(shù)，可以得到所需的低功率直流電壓。

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