带斜坡补偿的BOOST变换器

尹鹏鸿，马志杰 ，尹鹏腾

上海理工大学光电信息与计算机学院，上海 200093

Boost 变换器有很多优点，首先它结构比较简单，所以体积较小；又因为它具有较高的转换效率，所以它克服了传统串联型稳压电源能耗大的缺点。但它也有一些缺点：第一，变换器的输入、输出电流存在着脉动现象，这就对输入电源有着电磁干扰且输出有较大纹波的电流。所以实际应用时常加有电容作为输入，输出源的滤波器；第二，开关管发射极不接地，这使得驱动电路复杂化。这些都是限制升压Boost 变换器在实际中的应用的主要因素。

总之，在Boost 变压器自身的电路结构的基础上，结合PWM 控制芯片的特点，再参考斜坡补偿的作用，设计出了的大功率输出且具有良好输出特性的升压电路结构。

1 电路原理分析和开关芯片的介绍

1.1 Boost 变换器

Boost 变换器是输出电压高于输入电压的一种升压电路，开关通的是直流。假设所有的器件都工作在理想的状态下，我们从变换器充电和放电这两个过程分析电路。

充电过程：开关闭合，开关可以用导线代替。电流从电感流过。这里二极管的作用是为了防止电容与地短路，击穿。由于电感的特性，电感上的直流电流会缓慢的增大，而随着电感中电流的增大，电感储存越来越多的能量。

放电过程：开关断开，相当于断路。由于电感具有阻碍其自身电流变化的特性，电感的电流值会由充电完毕时的电流值缓缓趋于零。而此时开关管已断开，电感通过输出电路开始对电容充电，那么随着充电的继续，输出电路中电容两端的电压就高于了输入电压。

总之，说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。

1.2 UC3842 控制芯片

UC3842 是一个PWM 脉冲宽度可调的控制芯片，以下为其几个主要引脚的说明：

UC3842 芯片一般输入电源为15V，控制频率的电容值一般取10kΩ，电容值为3.3nF。

1.3 斜坡补偿

斜坡补偿基本上是在电流上迭加一个固定斜坡的信号。事实上，斜坡补偿的真正作用是使控制环更像电压模式控制。

2 电路设计及仿真结果图

2.1 电路设计

根据UC3842 控制芯片的特性，加以斜坡补偿电路部分，组成的电流型控制BOOST 变换器。该Boost 电路技术指标为：输入电压为DC24V，输出电压DC34V。

根据输入输出的特性和Boost 电路的结构以及斜坡补偿的原理。计算出电路的主要器件参数sL 。

电路PWM 占空比的值计算为：

其中Vi 为设定的输入直流电压24V，V0 为要求的输出直流电压34V。

假设输出负载为满载时：

式中：Vi为开关管的栅极电压，Vs= 0.9v。电感的电流波动大小为 Δi 。则

故电感 Ls的大小应为：

2.2 电路设计及仿真结果

图1 设计电路图及测得波形 图

通过仿真得出输出为：34.5V。矩形波为开关输入波形，横线为我们希望得到的输出34.5V。实验结果证明了本文的观点。

3 结论

UC3842 是一款PWM 脉宽控制器芯片，使得简单的BOOST 电路形成一个电压负反馈电路，从而使输出电压稳定在期望得到的值附近，使BOOST 变换器的电流和电压有一个良好的动态性能，而且使BOOST 电路输出功率增加。但由于占空比的变化，容易产生次谐振荡，不得不加以斜坡补偿来改进变换器的特性。

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