BOOST電路設(shè)計(jì)與仿真

1、一.Boost 主電路設(shè)計(jì)：21.1 占空比 D 計(jì)算 21.2 臨界電感 L 計(jì)算 31.3 臨界電容 C 計(jì)算（取紋波 VppLc,在此選L=4uH1.31.3臨界電容 C 計(jì)算(取紋波 VppCc,在止匕選C=100uF1.41.4輸由電阻阻值Boost主電路傳遞函數(shù)Gvd(s)占空比d(t)到輸出電壓Vo(t)的傳遞函數(shù)為：Boost變換器開環(huán)分析2.1PSIM 仿真電壓仿真波形如下圖T|lUfa|RUi電壓穩(wěn)定時(shí)間大約1.5毫秒，穩(wěn)定在220V左右電壓穩(wěn)定后的紋波如下圖電壓穩(wěn)定后的紋波大約為2.2V電流仿真波形如下圖電流穩(wěn)定時(shí)間大約2毫秒，穩(wěn)定在22A左右電流穩(wěn)定后的紋波如下圖2.2

2、Matlab 仿真頻域特性5151廣1111H(sjH(sj= =-G-G1n1n(5)(5)= =wrwr- -= =TT設(shè)定參考電壓為5V,則2202204444, ,4 4系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為丁。()=，其中H(s)H(s)= =1 1, ,G Gc c(s)=(s)=1 1Fireqyency(!Hz)由上圖可得，Gvd(s)的低頻增益為-60dB,截止頻率fc=196KHz,相位裕度-84.4,相位裕度過小，高頻段是-20dB/dec。系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要加控制電路調(diào)整。1、開環(huán)傳遞函數(shù)在低頻段的增益較小，會導(dǎo)致較大的穩(wěn)態(tài)誤差2、中頻段的剪切頻率較小會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使調(diào)節(jié)時(shí)間較大。

3、剪切頻率較大則會降低高頻抗干擾能力。3、相角裕度太小會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量較大。4、高頻段是-20dB/dec,抗干擾能力差。S S1-111-11將2204422044, ,vm今代到未加補(bǔ)償器的開環(huán)傳遞函數(shù)中。則G G。()=%虱$范。0!10!1% %T，(S)，其中G G式幻=1 1未加補(bǔ)償器的開環(huán)傳遞函數(shù)如圖!:i：;!Ai-11ggQ；ji;；= =L L. .h h1.1.1 1i i1 1d db b/1 1h hb b1 1ibibh hhBihBih h1 1I I1 1drifacidIlidrifacidIliIlinIlin/A/Ai i1 1I

4、I|!|!I I1 11 11 111111 11 11 11 1J11J111 11111|i|iaAtaya=|B.u1-丁 Jn 廣a.*aapA.廣廣，.iii：Lilp&:；：；：；,LH4患-；：；： 0.1dE.67e*0O3Hz.67e*0O3Hz.LJ.IJ_LE1:HlHiuIebopbop;j;j;；!HIirj!-15*而巴OFE匚用三pen-LoopBedeeditorf&r0penLoop1(OLI)0 0oAu_QoAu_QOI I衛(wèi)薩 4949101Q1010觸的505505t t72723 32Z2ZOp*n-IoopRodertitarfnr

5、jpOp*n-IoopRodertitarfnrjp -n1(011)-n1(011)HsapnMJ指s s話罟)猊EJO-EJO-P-Piiii1,1,L LyAH.H.一：_r r1 1W WhMhM一0一一尸一 一r-1Lrgigi一工-1r一:;RiRiI1I1_ _l_lB B:1 :1:7I I1、A4dA4d一0 0 .r.rB B-rr= =,a,a-n-n1 1iiiiE._JE._J.I一.r-rJr2S二. . .G.M.:-15.2cBG.M.:-15.2cB-Freq;2*Se*C03-Freq;2*Se*C03Hz.Hz.UnUn研abl#abl#InnInn。n

6、niiii:A二4二 二_ _1IIII|1111ilil1 11 11 1_1_11 11 1ilil1 1I ItltlI I4 41 1i i- -,工，1 1i|i|1 1i ia ai ii i i|i|1 1-i-i一. .K K1 1, ,i i1 1i i1 11 1i ii i1 11 11 11 1ilili i1 11 11 1iiii4 41 11 1n ni i1 11 1ciciPM;PM;- -1111相的9 9Freq;4.56e+(MJ3Freq;4.56e+(MJ3HzHz1010s s1DJ1Q1Q1 1FrequencyFrequency用工)三.Boo

7、st閉環(huán)控制設(shè)計(jì)3.1 閉環(huán)控制原理PWM調(diào)制后控制開關(guān)管Q的通斷，控制輸出電壓的穩(wěn)定，同時(shí)還有具有一定的抑制輸入和負(fù)載擾動的能力令PWM的載波幅值等于4,則開環(huán)傳遞函數(shù)為F(s)=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)3.2 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)(使用 SISOTOOL 確定參數(shù))原始系統(tǒng)主要問題是相位裕度太低、穿越頻率太低。改進(jìn)的思路是在遠(yuǎn)低于穿越頻率fc處，給補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增加一個(gè)零點(diǎn)fZ,開環(huán)傳遞函數(shù)就會產(chǎn)生足夠的超前相移，保證系統(tǒng)有足夠的裕量；在大于零點(diǎn)頻率的附近增加一個(gè)極點(diǎn)fP,并且為了克服穩(wěn)態(tài)誤差大的缺點(diǎn)，可以加入倒置零點(diǎn)fL,為此可以采用如圖4所示的PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出電壓采樣與電壓基準(zhǔn)送到誤差

8、放大器，具輸出經(jīng)過一定的補(bǔ)償后與根據(jù)電路寫出的PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:_ _1 1_ _T T_z+Rip皿而。，叫=瓦忑，叫=再9，叫=匹用“在此我們通過使用Matlab中SISOTOOL工具來設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)，可得:零點(diǎn)頻率f f2 2= =L L53KHz53KHzf fp p=SOSKHz=SOSKHz極點(diǎn)頻率首先確定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，按設(shè)計(jì)要求拖動添加零點(diǎn)與極點(diǎn)，所得參數(shù)如圖Compensator(140.0001s)(1QW027可C2734.7jts(1+2e-007)Pole/Zero倒置零點(diǎn)頻率flfl= =600Hz600Hz直流增益G Gcmcm= =0.0.2784

9、2784加入PID之后，低頻段的增益抬高，穩(wěn)態(tài)誤差減小，如圖EdrtSelectedDynamicsEdrtSelectedDynamicsTypelocationDampingFireque.1ZeroS.Sle+O.1 11.53e+OO3RealPole-5HO&+0,H1 18.05s005RealZero-3.77e+On.1 1600Integrator0,10Selectasinglerowtoedit1Dyrismies閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線如下圖幅值裕度為：GM=6.81dB,相角裕度：PM=49.6截止頻率：fc=10KHzfc處提升至0dB,且以-40dB/dec的斜率

10、下降，能夠有效地抑制高頻干擾EEWEEW看抹總(ogE(ogEmsmseLeLM MFrra：t,14e+005HzStabletogpHfcfci iBi i i ii ii iI!LLLJJL-IV!-9,6deg-9,6deg門內(nèi)9 9H H工|v|v-K-K高頻段ffp,補(bǔ)償后的系統(tǒng)回路增益在3.3 計(jì)算補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)由sisotool得到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：GcGc二2 2由前面可有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:對比兩式可得，假設(shè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中Ci=1F F依據(jù)前面的方法計(jì)算后，選用Rz=270,Rp=0.2,Rf=75.24,Cf=1.33uF。四.修正后電路PSIM仿真(1)額定輸入電壓，額定負(fù)載下的仿真1+1+G。俗=G1 1+ +WpWp電壓響應(yīng)如下圖電壓穩(wěn)定時(shí)間大約為2毫秒，穩(wěn)定值為220V,超調(diào)量有所減少，峰值電壓減小到了260V.穩(wěn)定后的電壓紋波如下圖（電壓紋波大約為2.2V）電流紋波如下（電流紋波大約為0.07A）驗(yàn)證擾動psim圖(2)額定輸入電壓下，負(fù)載階躍變化0-3KW-5KW-3KW電壓響應(yīng)曲線如下圖電壓調(diào)節(jié)時(shí)間大約1ms,紋波不變大約為2.2V。由此可見，輸出電壓對負(fù)載變化的反應(yīng)速度很快且輸出電壓穩(wěn)定電流響應(yīng)曲線如下圖(3)負(fù)載不變(3KW),輸入電壓階躍變化48-36V輸入電壓從48V變到36V時(shí)的電壓響應(yīng)如下圖輸出電壓的局部放