基于單片機的升壓電路設(shè)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(shè)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(shè)備電路的整體設(shè)計方案，此外，從軟件設(shè)計層面分析其功能的發(fā)揮與設(shè)定。通過大量的分析與研究可以發(fā)現(xiàn)，通過此種方式設(shè)計電路更加直接，可以達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：單機片；升壓電路；設(shè)計與仿真

前言

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

一、設(shè)計模式

整個電路的設(shè)計電壓應(yīng)該經(jīng)過嚴(yán)格調(diào)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(xù)性的保證輸出PWM驅(qū)動信號，可以滿足一般電路動能的需求，因此該種電路的設(shè)計并不需要增加A/D轉(zhuǎn)換電路，也不需要額外增加PWM信號路徑，只需要調(diào)試PI計算方法就可以嚴(yán)密的控制電路信號傳輸模式與信號內(nèi)容，從而讓信號傳輸形成一個完整的循環(huán)模式，保證電壓的穩(wěn)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(chǔ)之上建立A/D轉(zhuǎn)換口，在DC2DC升壓系統(tǒng)的維護(hù)下保證整個設(shè)計電路系統(tǒng)的完整性，從而最大程度的改善系統(tǒng)功能是設(shè)計的關(guān)鍵所在[1]。

二、硬件設(shè)計方案

在單機片電路中，如果開關(guān)管的通態(tài)時間為ton，則電路連通階段的電能感應(yīng)量值為L上的積蓄能，可以表示為EIiton。如果斷電持續(xù)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(wěn)定，那么一個周期T內(nèi)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(yīng)的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來改變整體電壓的輸出量。如果將升壓比的倒數(shù)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(diào)節(jié)電壓的作用，此外，電容也可以保持整體電路電壓保持穩(wěn)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(fù)載消耗的，而升壓電路則可以被直接當(dāng)作直流變壓器。

整個電路的系統(tǒng)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(yīng)該選擇RM200HA224F規(guī)格的。

電路的電容設(shè)計應(yīng)該以電路的電感電流連續(xù)模式為基礎(chǔ)，考量電容器內(nèi)部二極管的電流承載力Id，應(yīng)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(yīng)該設(shè)置電容的電壓為： 。其中 為波紋電壓，規(guī)定取值為10V，因此C=31.69（μF）。在電路通電以及充電的階段內(nèi)，一般電容的規(guī)定容量必須可以進(jìn)行負(fù)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(yīng)該保持在900V。

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

電路整體設(shè)計完成后應(yīng)該對電路進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，直流電源中的功率器件IGBT是系統(tǒng)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(tài)，所以也是最容易損壞的部件[3]。因此IGBT的保護(hù)工作顯得十分重要。該系統(tǒng)中具有較為完備的保護(hù)電路及保護(hù)程序，保護(hù)電路主要有以下幾個部分：輸出過壓保護(hù)電路；輸入過壓、欠壓保護(hù)電路；IGBT短路保護(hù)電路；溫度保護(hù)電路。

結(jié)論：綜上所述，在現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的推動下，對升壓電路的相關(guān)研究也隨之提高，尤其是在單片機應(yīng)用基礎(chǔ)之上對其相關(guān)技術(shù)與仿真的研究推動我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，更成為實現(xiàn)我國工業(yè)現(xiàn)代化的強有力保障。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]白林緒，申利飛，王聰.基于51單片機控制的數(shù)字可調(diào)高效開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)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(shè)計與仿真[J].照明工程學(xué)報，2009，04：59-64.