基于NE555的直流升压电路仿真分析

宁晖等

摘 要： 为了克服传统直流升压电路体积大、能耗大的缺点，设计一种基于NE555的直流升压电路。该电路具有功耗低、结构简单、变换效率高等特点。利用Proteus电路仿真技术，对该直流升压电路模型进行仿真分析。通过改变影响直流升压电路输出的两个关键因素，得到电路输出电压的变化规律。通过实验验证，设计电路达到了预期目标。实验结果表明，在保持脉冲频率和储能电感的电感量一定的情况下，负载电阻和控制脉冲的占空比的增加，将导致电路输出电压增大。

关键词： 直流升压电路； 电路模型； 电路仿真技术； Proteus

中图分类号： TN782+.3?34； TP62+1； TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 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

低功率直流升压原理应用广泛，常应用于电路开关控制器和直流电源的设计[1?2]。直流升压电路分为隔离型和非隔离型两种，传统直流升压电路采用电磁感应变压器的隔离型电路，具有体积大、能耗大的缺点。非隔离型直流升压电路又分为电容型和电感型，电容型电荷泵倍压转换电路输出电压的范围有限，未获得广泛应用。本文设计了一种基于NE555的电感式非隔离型直流升压电路，NE555无稳态多谐振荡电路能产生频率和占空比可调的脉冲信号，可将直流5 V电压升高至所需直流电压，适合作为直流升压电路的开关电路。

1 系统组成与原理

直流升压电路系统主要由电源、开关信号发生器、开关三极管、储能电感和整流二极管等器件组成，如图1所示。

系统的工作原理为：NE555输出脉冲信号控制三极管Q1的通断。Q1导通，电源流入的能量储存于电感中；Q1从导通到截至的瞬间，电感另一侧将产生高于电源电压的瞬时脉冲。此脉冲经整流后给电容C7充电，输出放大的低功率电压。

2 电路分析

根据多谐振荡电路原理[3]，基于NE555的无稳态多谐振荡电路设计如图1左半部分所示。通电后，NE555的2脚电压小于[13]VCC，3脚输出高电平，内部放电管截止，使7脚挂空，电源VCC通过R1和R2对电容C1充电；当C1充电到2脚电压大于[23]VCC后，3脚输出变为低电平， 内部放电管导通，7脚接地，电容C1通过R2对地放电，2脚电压下降；当2脚电压下降到小于[13]VCC后，电源VCC又通过R1和R2对电容C1充电，使2脚电压上升。循环过程中，3脚将输出方波信号：

稳态下，三极管Q1的基级电压VQ波形如图3所示，周期为0.035 ms，高电平持续时间为0.024 ms，符合理论计算。通过电感L1的电流I1波形如图4所示，其波形变化与VQ波形相对应，符合理论分析。

（1） 保持脉冲信号频率不变，占空比变化

脉冲信号频率不变，占空比变为90%。稳态输出电压Vout为38.2 V，电流I1波形图如图5（a）所示。脉冲信号频率不变，占空比变为52%。稳态输出电压Vout为12.3 V，电流I1波形图如图5（b）所示。

（2） 输出负载电阻变化

当负载电阻R6为68 Ω时，为降低RC低通滤波上限截止频率，将C8增至100 μF，稳态输出电压Vout为9.52 V，电流I1波形图如图6（a）所示。当输出空载，即没有R6，C8为10 μF时，稳态输出电压Vout为40.5 V，电流I1波形图如图6（b）所示。

由仿真分析可知，在保持脉冲频率和电感量不变的情况下：负载电阻不变时，增加脉冲信号占空比，将导致输出电压升高；脉冲信号占空比不变时，增大负载电阻，将导致输出电压升高。

3.2 实验分析

根据图1所示电路原理图，搭建实验电路，并进行实验分析。根据仿真测试内容，通过改变元器件，测得不同情况下的稳态输出电压数据。稳态输出电压仿真实验对照数据表如表1所示。

由实验结果可见，输出电压变化规律与理论分析一致。由于实际电路有一定电路损耗，输出电压略低于仿真结果。

表1 稳态输出电压仿真实验对照数据

4 结 语

本文设计了一种基于NE555的直流升压电路，利用Proteus软件对电路进行仿真分析，并进行了实验验证。结果表明，在保持脉冲频率和储能电感的电感量一定的情况下，通过合理选择电路中的各器件参数，可以得到所需的低功率直流电压。

参考文献

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