打开文本图片集
555芯片构成的多谐振荡器比较经典，本文介绍了一种易于使用的基于该多谐振荡器的直流升压电路。通过计算机仿真验证了升压电路的特性，然后对电路进行了实验测试，在带载50mA的条件下将45V电压升至51.9V。结果表明，该升压电路结构简单，适用于小功率的应用场合。
【关键词】升压电路 多谐振荡器 555
在一些应用场合如高端MOSFET直流开关、功放放大器驱动级等需要用到比供电电源还要高5V～10V的直流电压，这类用电负荷一般不大，本文所研究的升压电路就是满足这类需求的一种低成本的实现方法。
1 多谐振荡器
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。在众多多谐振荡器中，由555芯片构成的多谐振荡器以其电路简单可靠、驱动能力强和参数设置简便得到了广泛的应用。
2 升压电路分析与仿真
本文采用的升压电路的原理如图1所示，该升压电路仅由2个二极管和2个电容组成。图中，Vs为需要进行升压的电源，信号源Vp为矩形波信号，Vb为升压后的电源，RL为Vb的负载。
利用Pspice对电路进行仿真，设置参数Vs=45V，RL无穷大，脉冲信号Vp频率为100kHz，占空比为50%，VAL=0V、VAH=12V分别为脉冲信号Vp的低电平和高电平电压。仿真得到的各点波形见图2所示。
电路工作原理为：
（1）上电后，电源VS首先通过V1向C1充电，通过V1和V2向C2充电，使C1和C2的电压接近电源Vs的电压。
（2）当脉冲信号Vp输出矩形波脉冲的上升沿时，电容C1的对交流信号表现为短路，因此B点电压也出现一个幅度与Vp幅度相等的跳变脉冲，跳变的幅度与脉冲信号峰峰值相等。该跳变脉冲信号通过二极管V2向电容C2充电，此过程中二极管V1保持截止。
（3）当Vp信号下降沿到来时，V1导通使VB电压保持在Vs之值，V2截止，电容C2上所充的电压保持不变。
（4）经过多个脉冲周期后，Vb的电压逐渐增加至电源Vs电压加上脉冲信号的峰峰值电压。
2.1 脉冲信号幅度对输出的影响
保持其它参数不变，改变脉冲信号幅度VAL和VAH，记录仿真开始后100ms（仿真时长约40s）时的Vb电压值，B点的低电平VBL和高电平VBH电压。仿真结果见表1。
表1中的数据基本满足如下关系式：
Vb = Vs - 2*VF + VAH – VAL （1）
式中VF=0.46V，为二极管的正向导通压降。
2.2 负载对输出的影响
脉冲信号频率100kHz，占空比50%，幅度VAL=0，VAH=12V，在空载、5MΩ、500KΩ、50KΩ和5KΩ等5种负载条件下，记录输出电压Vb，结果见表2。
3 升压电路实验数据
用电路板搭接了基于多谐振荡器的升压电路，脉冲信号由NE555组成的多谐振荡器产生，NE555输出电流能达到200mA，二极管1N4148输出电流能力也能达到200mA，理论上可以驱动200mA的负载，但是输出纹波会比较大。升压电路图如图3，图中R3是为了限制NE555的输出和输入电流，防止过流损坏芯片。
NE555供电电压VCC为12V，多谐振荡器参数如下：
（1）高电平持续时间：T1=0.7*（1+5.6）K*1n=4.62us。
（2）低电平持续时间：T2=0.7*5.6K*1n=3.9us。
（3）周期：T=T1+T2=8.54us。
（4）频率：f=1/T=117KHz。
（5）VL = 0，VH=12V。
改变负载电阻，测试输出电压，实验结果见表3。
从上表2、表3和图4可以看出，升压电路输出电压随负载电阻的减小而减小。实测结果比仿真结果略小，变化趋势与仿真结果吻合。
4 结论
通过仿真分析得出了基于多谐振荡器的升压电路的输出电压公式，通过实验验证，电路在10mA以下的负载条件下能较好的满足公式（1）。所设计的电路在50mA负载条件下将45V的电源电压升到了51.9V。该电路大量应用于功率放大芯片PA05的boost供电中，性能可靠，有效地提高了功放的动态范围。
参考文献
[1] 阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 银志军，赵扬等.倍压整流电路的仿真与分析[J].光电技术应用，2006.
[3]Texas Instruments，NE555 datasheet， 2010.
[4]APEX PA05 datasheet，2005.
作者单位
上海船舶电子设备研究所 上海市 201108