BOOST電路設(shè)計(jì)及matlab仿真

1、Boost升壓電路及MATLAB仿真設(shè)計(jì)要求1輸入電壓VIN：300V +-20%2輸出電壓VO:410V3輸出功率PO:10kw4電壓紋波：w 1 %5開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置為10KHZ輸入電壓在240 360V范圍變化時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出能夠保持在410V。根據(jù)設(shè)計(jì)要求說(shuō)明需要設(shè)計(jì)一個(gè)升壓電路即 Boost電路。Boost電路又稱為升壓型電路，是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它 可以是輸出電壓比輸入電壓高。其工作過(guò)程包括電路啟動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)工作過(guò)程和電路穩(wěn)定后的穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程。同時(shí)，也需設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)控制電路，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)， 能準(zhǔn)確的跟蹤電壓變化，改變PWM電壓占空比，以穩(wěn)定輸出電壓。、主電路設(shè)計(jì)圖1主電路2.1 Bo

2、ost電路的工作原理Boost升壓電路電感的作用： 是將電能和磁場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件，當(dāng)IGBT開(kāi)關(guān)管閉合后，電感將電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)IGBT斷開(kāi)后電感將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能，且這個(gè)能量在和輸入電源電壓疊加后通過(guò)二極管和電容的濾波后得到平滑的直流 電壓提供應(yīng)負(fù)載，由于這個(gè)電壓是輸入電源電壓和電感的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能的疊加后形成 的，所以輸出電壓高于輸入電壓，既升壓過(guò)程的完成。Boost升壓電路的二極管主要起隔離作用，即在IGBT開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，肖特基二極管的正極電壓比負(fù)極的電壓低，此時(shí)二極管反向截止，使此電感的儲(chǔ)能過(guò)程不影響輸出端電容對(duì)負(fù) 載的正常供電；因在IGBT管斷開(kāi)時(shí)，兩

3、種疊加后的能量通過(guò)二極向負(fù)載供電，此時(shí)二極管 正向?qū)?，要求其正向壓降越小越好，盡量使更多的能量供應(yīng)到負(fù)載端。閉合開(kāi)關(guān)會(huì)引起通過(guò)電感的電流增加。翻開(kāi)開(kāi)關(guān)會(huì)促使電流通過(guò)二極管流向輸出電容因儲(chǔ)存來(lái)自電感的電流，多個(gè)開(kāi)關(guān)周期以后輸出電容的電壓升高，結(jié)果輸出電壓高于輸入電壓。接下來(lái)分兩局部對(duì) Boost電路作具體介紹即充電過(guò)程和放電過(guò)程。充電過(guò)程在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，等效電路如圖二，開(kāi)關(guān)三極管處用導(dǎo)線 代替。這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感 上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加， 電感里儲(chǔ)存了一些能量。4+ - 1

4、DfT豈R(b) T導(dǎo)通，D戡止円開(kāi)關(guān)狀態(tài)1圖2充電原理圖放電過(guò)程如圖，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?0，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)始給電容充電，電容兩端電壓升高， 此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢?；?Tim撕D導(dǎo)通口開(kāi)關(guān)狀態(tài)2圖3放電原理圖參數(shù)計(jì)算1.占空比計(jì)算由上圖1、圖2可知電感電流連續(xù)時(shí)，根據(jù)開(kāi)通和關(guān)斷期間儲(chǔ)能和釋能相等的原理可得:Vs“L*ton(Vo %)嘰 gD 址(2)其中D為占空比，有(1)，(2)式可得故有D 1Vs，Vo所以D max1

5、竺4100.415，Dmin 1 3600.1224102.電感的設(shè)計(jì)不妨設(shè)電感電流連續(xù)，最小負(fù)載電流lomin0.1In0.1 旦 2.44AVn臨界負(fù)載電流Iob ，JD(1 D)2，令lomin Iob，得，取L。2Lfs3. 負(fù)載電阻計(jì)算由于輸出的電壓為 410V，輸出功率為10kw，可得負(fù)載的電阻值為歐姆即可滿足設(shè)計(jì) 要求。4. 紋波電容的計(jì)算V1 1因需要電壓紋波w,那么 - D0.01，得m?，取C=500y?°Vofs RC三、電路設(shè)計(jì)與仿真3.1開(kāi)環(huán)boost電路仿真圖4開(kāi)環(huán)電路圖電壓、電流的仿真結(jié)果如以下列圖圖6開(kāi)環(huán)Boost電路電路仿真結(jié)果僅考慮輸入電壓波動(dòng)時(shí)。

6、可由公式5得到傳遞函數(shù)。g(s)d(s)Vg(s)D'Vo(1 齊)2 L 2LCs s D' R帶入數(shù)據(jù)得:g(s)Vc昭 |vg(s) 0D'Vo(1sLD'2 RLCs2D'235.4 10 s 1085.4 10 8s2 2 10 4s 4只需在前面的開(kāi)環(huán)電路中參加傳遞函數(shù)即可，如下所示。L.Ti . j.SewftLCftmHeiiKsariI圖7閉環(huán)電路圖開(kāi)環(huán)伯德圖如下:瓷 *Mrt» _ KID7*Iff"Iff*Froqu-onc (rodB)-圖8開(kāi)環(huán)函數(shù)伯德圖 閉環(huán)伯德圖如下：QBorin DHigminFWhE - KT 'Sum T<| TrfiK屯陽(yáng) fio*1010 s*一屈Tsy圖9閉環(huán)函數(shù)伯德圖整個(gè)閉環(huán)電路圖可用如下一個(gè)邏輯方框圖表示：410pi(s>num腳h.7rden