无感DC三倍升压电路-桂林电子科技大学二院.doc

引言 在数字信息快速发展的时代中，大规模集成电路在我们的日常生活所接触和使用的电子产品中占据着越来越高的比重，而我们所处的空间中也充斥着各种频率和强度的电磁波。如何在无法集成电感的集成IC芯片中提高电压以及在环境干扰较大的环境中获得较高的电压和功率一直是我们孜孜不倦地在寻求解决方法的难题。于是无感直流升压电路应运而生。 无感DC三倍升压电路指的是利用无感元器件将低压输入直流信号升高到输入信号峰值三倍左右的直流信号输出的装置。主要是将电源输入端的能量用以产生自激振荡信号，然后在保证一定效率的情况下，利用倍压整流电路将电压抬高的过程。 在本电路设计中，主要采用廉价的集成电路555定时器构成多谐振荡器产生方波信号，在经过两个三极管搭建的互补推挽放大器放大电流后，经过4倍压整流电路，得到升高以后的电压输出。在带负载和空载的情况下，电压没有明显的改变。在带负载的情况下，功率转换效率达到80%左右！ 1 设计要求 （1）不使用任何有感器件，包括电感、绕线变压器及一些有感升压IC。 （2）输入电压为6V DC，可使用4个1.5V的7号干电池串联或直接用稳压直流电源提供。 （3）在输出电流为30mA时，输出端在带负载的情况下输出为电压：≥15V DC 。 （4）在有负载、空载两种情况下，输出端电压无明显变化。 （5）电压纹波控制在适当范围内，能有效提高升压效率。 （6）完成要求：设计与制作可供实际检测的实物样完成课程设计报告。将555电路产生的振荡脉冲，通过二极管整流电路整流后向电容充电，使电容充电至电源电压，将这样的整流一充电电路逐级连接，就可以得到2倍、3倍、4倍甚至多倍于电源电压的升压路。图1 (A) 2 倍压升压电路) 3 倍压升压电路 (C) 4倍压升压电路电路工作过程:在图(A)中，接通电源后，电源首先通过向C充电使两端电压接近电源电压。555的③脚输出脉冲的上升沿时，再次向C充电。根据水涨船高的原理，使C正极对地电压达到:电源电压+脉冲峰值电压。随即这一电压通过向C 充电，使C正极对地电压达到C的电压，即等于电源电压的2倍。当脉冲下降沿到来时，电源再次通过向C充电，重复上述过程。图(B)所示是一个3倍压升压电路。由图可见，该电路的升压电路是由组二极管一电容电路组成的，如果与图(A)来对照其连接方式就会发现，这一电路所加的元器件，按其位置对比是和。在该电路中，3组二极管电容电路的每-级均能将前一级输出电压提高一个电源电压值，3组这样的电路可将输出电压提高到电源电压的3倍。图(C)所示是一个由555电路组成的4 倍压升压电路，该电路由4组二极管一电容电路组成，最终可将输出电压提高到电源电压的4倍① 此时，电源电流经过D1二极管向C3充电，由于二极管存在压降，设压降电压为Uy；而电容也存在漏电电压，设为Ul。则D1N结电压 式② 然后电流经D2、D3向C4、C5充电。同样由于压降原因，此时D3N结电压： 式③ 之后电流经D4向C6、C7充电，将能量储存在C7中。最后输出电压： 式④ 可见为了能达到电路的要求，一方面要选择最合适的倍压电路级数，另一方面要降低电容的漏电电压和选择电压正向压降较低的二极管。 3 系统电路的设计及原理说明 3.1 系统框图及说明 图3 电路的系统框图 （1）直流电源：选用SS2323可跟踪直流稳定电源，以保证电源的输入功率。 （2）555多谐振荡器：采用NE555定时器搭建一个多谐振荡器，提供一个频率稳定的方波信号。而且该振荡器驱动电流接近30mA，能满足驱动的前级要求。如图4(a)、4(b)所示： 图4(a)多谐振荡器 图4(b)输出波形 （3）“驱动”：因为NE555的驱动能力只有30mA，是带不起4倍压整流电路的。考虑再三，用两个对称的三极管搭建互补推挽放大器放大电流，从而驱动后面的模块。如图5(a)为常用的互补推挽放大器，本设计考虑到NE555输出电流≦30mA，特别选用了如图5(a)所示的推挽放大器。在空载的情况下调试，发现如果不加上拉电阻RS，电源电流会从TIP42的E级流向电阻Rb1、Rb2再回到电源负极，白白消耗了能量，所以加上了上拉电阻RS。此时通过计算和调试更换Rb1和Rb2的值使三极管TIP41截止，TIP42工作在放大区，达到驱动的目的。 图5(a)常用的互补推挽方式 图5(b)本设计使用的互补推挽方式 （4）倍压整流：用拥有电压快速恢复能力的肖特基二极管MBR745和容量较大的1000uF电解电容如图1(c)搭建起来的4倍压整流电路。由于MBR745