采用555定時器IC的簡單DC-DC升壓轉換器

 

在本項目中，我們使用555定時器IC構建升壓轉換器電路。升壓轉換器是一種非隔離式開關模式電源，用于升壓。換句話說，與輸入電壓相比，它提供了更高的輸出電壓。該電路與我們設計用于控制電機和LED燈條的降壓轉換器非常相似，后者用于降低輸入電壓。升壓轉換器在我們的許多日常設備中都得到了使用，這些是非常常見的電力電子電路，廣泛用于太陽能電池板和其他收集技術，并且是當今時代最重要的電路之一。在本文中，我們將了解降壓轉換器，并使用555定時器和IRFZ44N，N溝道MOSFET設計一個非常簡單的升壓轉換器。您可以在此處查看簡單而有趣的電力電子電路。

 

 

DC-DC升壓轉換器的工作原理

升壓轉換器用于通過降低電流來增加輸出電壓，這是通過將能量存儲在電感器中來實現的，并且由于電感器中的能量不能立即變化，因此，它開始將能量存儲在其磁場中。電感兩端的電流由下式給出Iinductor = V/R由于電阻和電流是恒定的，唯一可以改變的值是電壓。如下圖所示，電感器與電壓源串聯，以不斷打開和關閉電路，開關與電壓源和電感器并聯，以實現快速開關，我們利用MOSFET和MOSFET驅動器。電路連接到一個負載，一個電容器并聯。為了阻止電流從電容器向后流動，在電容器和MOSFET之間使用了一個二極管。

 

電感器試圖抵抗電流的變化以提供恒定的輸入電流，因此Boost轉換器充當恒流輸入源，而負載充當恒定電壓源，該電路與降壓轉換器非常相似，有時稱為反向降壓轉換器。N溝道MOSFET由PWM信號控制，我們使用IC555定時器為MOSFET提供輸出。該電容器用于存儲電荷并向負載提供恒定輸出。該電路分2個階段工作，在1圣級，開關打開，在2nd階段，開關在關閉階段。

 

第1階段：開關已打開：充電模式

在此情況下，MOSFET開關處于導通狀態。我們使用的MOSFET是N溝道IRFZ44N MOSFET，其柵極引腳連接到IC555定時器的引腳3。當開關處于導通狀態時，它完成電感器兩端的電路，并在其兩端施加電壓，從而導致其周圍產生磁場。由于它提供了非常低的電阻路徑，因此所有電壓都流經開關并返回電源，如下圖中的紅線所示。

先前在最后一個舞臺上充電的電容器試圖從MOSFET放電并停止它，我們使用二極管來阻止電容器向相反方向流動的電荷。

 

第2階段：開關關閉：放電模式

當開關處于關斷狀態時，電感器的充電路徑未完成，因此電感器的極性反轉，其周圍的磁場坍縮，從而產生電壓浪涌，該浪涌穿過二極管并為電容器充電。來自電感器和電源IC的累積能量用于為電容器充電以及在整個負載上運行。

 

電感器的計算值：

我們知道平均輸入電流(Iavg) 等于平均電感電流  (ILavg).因此，平均電感電流可以通過以下方式計算：

電感器的紋波電流通常為平均輸出電流的20-40%。

 

計算充電電容：

計算電容器的充電時間 T_c = R*C

這里，R是充電電路的電阻，C是電容器的電容。在下面給出的電路中，充電電路遵循標有紅色的路徑，即R3>D2>C2。

要計算輸入電阻和電容的值

 

計算輸出電容：

 

組件選擇

設計的電路，并使用上述公式計算了所需的組件。然后，我在面包板上做了電路。設計的電路圖如下所示。

所需組件：

1. 1 x NE555
2. 1 x IRFZ44N – N 通道場效應晶體管
3. 1 x 100uH， 電感器
4. 1 x 1K，電阻器
5. 2 x IN4001 二極管
6. 1 x IN5822 二極管
7. 1 x 100nF， 電容器
8. 1 x 1nF 電容器
9. 1 x 50k 電位計
10. 2 x 2 針連接器（用于連接電路的輸入和輸出）

 

選擇組件時要記住的事項：

MOSFET：您需要選擇能夠承受最大輸出電壓的MOSFET，因此它的擊穿電壓應高于轉換器的最大輸出。

Diode：對于低壓操作，我使用了IN5822，因為1n4007的慢速使其無法用于我們的操作。我們需要選擇一個快速二極管，我嘗試使用1n4007二極管作為輸出二極管，但由于性能問題，我改用了更快的IN5822。

 

 

升壓轉換器電路的工作原理

該電路使用穩定模式下的555IC作為PWM發生器，因此整個電路基于相同的電路。下面提到了所有8個引腳的連接：

1. 引腳 1 連接到接地軌。
2. 引腳 2 和引腳 6，接地通過一個 1nF 電容器。
3. 引腳3給出輸出信號，因此它連接到IRFZ44N的柵極，N溝道MOSFET。該引腳負責將pwm輸出驅動至MOSFET的柵極。
4. 引腳4需要連接到電源
5. 引腳5有助于穩定輸出，因此通過0.01 uF電容接地。它還有助于提供對電氣噪聲的抗擾度。
6. 引腳7連接到反相二極管設置;結通過一個 1K 電阻連接到正軌。
7. 引腳 8 需要連接到電源。

任何SMPS中的主要元件都是開關，在本電路中，我們使用N溝道MOSFET，IRFZ44N作為開關。它由來自I 555的微弱信號驅動，因此IRFZ44N的柵極連接到555IC。漏極為電路提供負開關控制，源頭接地。它具有以下規格

VDSS = 55V

RDS（on） = 17.5mΩ

ID = 49A

 

測試基于定時器的555直流升壓轉換器電路

我用3.7V鋰離子電池測試了電路，電池充電到大約3.4V。我將電池連接到升壓轉換器，其兩端的電壓讀數為7.5V。升壓轉換器輸出端的輸出圖像如下所示。

為了測試電流，我將萬用表的引線更改為電流探頭（請記住在萬用表上選擇10A或20A設置，以防止其損壞）電流顯示為3.2安培，因此該電路能夠產生約30瓦特。該電路確實正常工作，并且能夠提高電壓。

缺乏反饋會導致電路在連接負載時電壓下降。升壓轉換器采用的反饋可確保即使在連接負載時，占空比也保持穩定。通過使用微控制器測量輸出變化，然后改變輸入電阻，我們可以輕松地提供反饋，從而使該電路對于大多數操作更有用和實用。

 

這是一個非常簡單但有效的電路，如果您需要更高的電壓，則可以使用它，然后您的電壓源可以提供，同時減少電路中的功率浪費。該電路能夠提供超過30W的功率。雖然，建議至少使用性能板來創建電路，因為常規面包板適用于低功率應用。如果需要恒定輸出，應使用固定電阻代替電位器，以提高整體設計效率。該電路的主要缺點是，由于缺乏反饋，連接負載時電壓降相當大。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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