Boost变换器的设计与计算机仿真x
BOOST电路的设计与仿真
BOOST电路的设计与仿真
摘要
BOOST 电路又称为升压斩波电路，它在各类电力电子电路中的应用十分广泛，它将低压直流电变为高压直流电，为负载提供了稳定的直流电压。升压斩波电路的PI和PID调节器的性能对输出的电压影响很大。由于这种斩波电路工作于开关模式下，是一个强非线形系统。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOOST 电路的工作特性。
【关键词】：Boost电路直流电压 matlab仿真
1．设计要求
（1）输入电压：40v，输出电压：60v—120v
（2）根据给定的指标，设计BOOST电路参数。
（3）利用MATLAB软件，对电路进行验证。
（4）通过仿真实验，验证仿真实验，验证电路参数是否正确。
（4）观察电路中主要波形，并记录（仿真，实验）。
2．设计目的
（1）熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。（2）掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断。
（3）能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。
3. 设计方案和电路图
3.1 Boost基本工作原理:
假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L 充电，充电电流基本恒定为I
1
,同时C上的电压向负载R供电，因为C也很大，基本
保持输出电压为恒值U
0.设V通态时间为t
on
,此阶段L积蓄能量为 E I
1
t
on
。当V处于
断态时E和L共同向C充电，并向负载R提供能量。设V处于断态时间为t
Boost PFC变换器仿真探析
Boost PFC变换器仿真探析
1 概述
从电网获取交流电经整流为各种电气设备提供直流电是一种常用的变流方案，但整流装置、电感、电容组成的滤波器中非线性元件和储能元件的存在使输入交流电流波形发生严重畸变，呈尖峰脉冲状，网侧输入功率因数降低。电网电流的畸变由于电网阻抗反过来影响电网电压，造成谐波污染。谐波的存在使电网中元件产生附加损耗，会降低用电设备的效率；会影响电器设备的正常工作及其寿命；会导致继电保护和自动装置误动作，并使电器测量仪表计量不准确；会降低电网功率因数等系列危害。由于电力电子装置是现在最主要的谐波污染源，这已经阻碍了电力电子技术的发展，它迫使电力电子领域的研究人员对谐波的污染问题要给出有效的解决方案。
为了解决电力电子装置的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波；另一条是对电力电子装置本身进行改造，提高输入端的功率因数。对于新型的电力电子设备，多采用后一种思路，即加入功率因数校正器，它的原理就是在整流器与负载直接接入DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使得输入端电流的波形跟踪交流输入正弦电压波形，可使得输入端电流接近正弦波，从而使得輸入端的谐波畸变率THD小，功率因数提高。功率因数是电源对电网供电质量的一个重要的指标。
许多发达国家率先采用了多种功率因数校正（PFC）方法来实现“绿色能源”革命，并强制推行了国际标准IEC555-2、EN60555-2等，限制了电子生产厂家入网电气设备的电流谐波值。目前，有源功率因数校正（APFC）技术是解决谐波污染最有效的方法之一。
高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真设计word版
编号
XXXX大学
毕业设计
题目高频同步整流BUCK变换器的
设计与仿真
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：
指导教师签名：日期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：
XX大学
本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：年月日
（学号）：
高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真
摘要
便携式电子产品的广泛应用，推动了开关电源技术的迅速发展。因为开关电源具有体积小、重量轻以及功率密度和输出效率高等诸多优点，己经逐渐取代了传统的线性电源，随之成为电源芯片中的主流产品。随着开关电源技术应用领域的扩大，对开关电源的要求也日益提高，高效率、高可靠性以及高功率密度成为趋势，这就对开关电源芯片设计提出了新的挑战。本文首先概述了现有开关电源设计技术及其发展趋势，接着介绍了BUCK变换器的电路结构、工作原理及控制原理。最后进行了芯片系统的仿真研究，其中首先介绍了所选芯片的性能特点及其经典电路图，然后利用LTSPICE进行了仿真验证。
Boost变换器工作原理与设计
正常工作。
控制策略选择
确定控制方式
根据系统要求，选择合适的控制方式，如电压控制或电流控制。
设计控制环路
根据控制方式，设计控制环路，以实现系统的稳定运行和快速响应。
考虑动态性能和稳定性
分析控制环路的动态性能和稳定性，以确保系统的稳定性和可靠性。
04
Boost变换器的应用
电动汽车充电系统
电动汽车充电系统
选择磁芯材料
根据工作频率和电感值， 选择合适的磁芯材料，以 确保电感的性能和效率。
确定线圈匝数
根据电感值、线圈直径和 磁芯材料，计算线圈匝数， 以获得所需的电感性能。
二极管选择
1 2
选择合适的二极管类型
根据工作电压、电流和开关频率，选择合适的二 极管类型。
确定额定电流和电压
根据最大输出电流和电压，选择二极管的额定电 流和电压。
电磁干扰问题
总结词
Boost变换器在工作过程中会产生电磁干扰，对周围电路和设备产生影响。
详细描述
电磁干扰问题主要是由于开关操作引起的电压和电流突变产生的。为了解决这 个问题，可以采用软开关技术、加装电磁屏蔽、优化布局布线、加入滤波电路 等方法，以降低电磁干扰的影响。
效率优化问题
总结词
提高Boost变换器的效率是设计中的重要目标，也是面临的 主要挑战之一。
成本较高
Buck_Boost变换器的设计及仿真
Buck_Boost变换器的设计及仿真
Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。
Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。
为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。
接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。
最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。
完整word版,BOOST电路方案设计
项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计
一、目的
1．熟悉BOOST变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。
2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理，
3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。
二、内容
设计基于PWM控制的BOOST变换器，指标参数如下：
⏹输入电压：9V～15V；
⏹输出电压：24V，纹波<1%；
⏹输出功率：30W
⏹开关频率：40kHz
⏹具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。
⏹具有软启动功能。
⏹进行Boost变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试
三、实验仪器设备
1．示波器
2．稳压电源
3．电烙铁
4．计算机
5．万用表
四、研究内容
（一）方案设计
本设计方案主要分为4个部分：1）Boost变换器主电路设计；2）PWM控制电路设计；3）驱动电路设计；4）保护电路设计。系统总体方案设计框图如图1.1所示。
图1.1 系统总体方案设计框图
1．主电路参数设计[1,2]
电路设计要求：输入直流电压9~15V ，输出直流电压24V ，输出功率30W ，输出纹波电压小于输出电压的1%，开关频率40kHz ，Boost 电路工作在电流连续工作模式（CCM ）。
Boost 变换器主电路如图1.2所示，由主开关管Q 、电感L 、滤波电容C 、功率二极管VD 和负载R 组成。
图1.2 Boost 变换器主电路
1）电感计算
忽略电路损耗，工作在CCM 状态，根据Boost 电路输出电压表达式可得PWM 占空比：
min max
15
110.37524
9110.625
单周期控制PFC Boost变换电路的建模与仿真
技 术不需 要乘 法器 ， 有动态 响应 快 ， 干扰 能力 强等 具 抗
优点 ．
越 严重 ， 波污 染给 系 统本 身 和 周 围 的 电磁 环 境 带来 谐
了一系 列 的 危 害． 此 功 率 因 数 校 正 （ ｏ ｅ ａｔｒ 因 Ｐ ｗ ｒＦ ｃ ｏ Ｃ ｒ ｃ ｏ ， Ｆ 技 术 已成 为 电力 电子 技 术 领 域 一 个 ｏｒ ｔ ｎ Ｐ Ｃ） ｅｉ
Ｓｍ ｏ ｅＳ ｓ ｍｓ ｉ Ｐ ｗ ｒｙｔ 工具 箱对单周期控制型 Ｐ Ｃ Ｂ ｏｔ ｅ Ｆ ｏ ｓ变换器进行 了建模和仿真． 仿真 结果表 明， 单周期控制型 Ｐ Ｃ Ｂ ｓ Ｆ ｏ ｔ 变换器控制电路 简单可靠， 输入功率 因数 高， 能够 实现单位功率 因数运行 ， 电流谐 波失真小． 关 键词：功率 因数 ； 单周期控制 计算机仿真
变换器 的输入 电压 和输出 电压 的关 系可以表示为
ｖ ＝Ｕ （ Ｄ） ０ ｉ １一 ／ 令 Ｕ ｏ Ｒ ｉ＝Ｖ Ｒ ／ 。 （） ２ （） ３
等效为 １ 电阻， 个 实现了功率因数校正． 控制 目标如式
（ ） 示． ５所
Ｕ ｌ Ｒ ＝ ｉ ｉ一 ｉ 。 ＲＵ
（） ５
１５ ０ｋ ＝２ ｎ； ８ Ｑ； ０ｋ 电流采 样 电阻 Ｒ ＝ ． ２Ｑ． ４ 。 ００ 图 给出 了交流侧 电压 、 流的仿 真波形 ， ５给 出了输 入 电 图 电流 的频谱 含量波 形 ， ６给 出 了负 载 电 阻上 的输 出 图
(完整word版)buck-boost变换器的建模与仿真
题目：
Vg 1.5V
Q1
35mΩ
100uH
100uF
R
5Ω
V D
0.5V
图1 buck—boost 变换器电路图
一、开关模型的建模与仿真
图2 buck-boost 变换器的开关模型
占空比由0.806变化到0.7的电感电流波形
占空比由0.806变化到0.7的电容电压波形
图3 buck —boost 变换器的开关模型的仿真
二、 大信号模型与仿真
1、 开关导通时：
Vg 1.5V
R on
35m Ω
V
-
图4 开关导通时的工作状态
此时，电感电压和电容电流方程:
(t)v (t)v (t)(t)(t)(t)(t)L g on c di L i R dt
dv v i C dt R ⎧
==-⎪⎪⎨
⎪==-
⎪⎩
2、 开关断开时：
100uH
100uF
V
i c
+
-0.5V
i
图5 开关断开时的工作状态
此时，电感电压和电容电流方程：
(t)v (t)(t)(t)(t)(t)(t)L D c
di L V v dt
dv v i C i dt R ⎧
==--⎪⎪⎨
⎪==-⎪⎩
3、平均方程
电源电压、电感电流、电容电压变化的不大均为低频信号，则
(t)(t)
g g v v = ;(t)(t)i i =；v(t)v(t)=
又因为：
(t)
v (t)L d i L dt
= (t)
(t)c d v i C
dt
= 则有,电感电压平均方程：
()
()'v (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)L g on D i R V v =---
电容电流平均方程：
''(t)(t)(t)
(t)d(t)()d (t)((t))=d (t)(t)c v v v i i R R R
Boost变换器仿真分析.
Boost变换器仿真分析小组成员:*** ***
oost变换器仿真分析
•Boost变换器简介
•Boost变换器原理与分析
•Boost变换器的Matlab建模与仿真•Boost变换器的仿真结果分析
oost变换器简介
Boost变换為足一种输出电压I常于输入电压的甲•符不隔肉」T 流变换器，在直流电压变换领域应用广泛。
Boost变换器中电感L在输入侧.称为升斥电感，开关管T仍
为PWM控制方式,和Buck变换器-样，Boost变换器也有电感电流连续和断流陶种I.作方式。为电感电流连续时.Boost变换»存在两种开关状态:（1）T导通.D截止•电感储能：（2） T载11 •” D导通.电源和电感的储能向电容和负载转移。当电感电流断流时.Boost变换益还有第三种开关状态：T和D都截1上・电感电流为零，负技仃澹波电容供电。
oost变换器原理与分析
图1 Boost变换器的匸电路图
oost变换器原理与分析
1.工作
(1)开关模念1
在t・0时.开关管Q甘通■电源电压Vin全部加到升压电感LLL.电感电渝ILf 线件増长.二极但D戏|匕负找由滤波电容Cf供电。
—
z it=Tonihf t ILf达到址大值ILf (max) • 4Q导通期间■ ILf的増长朮为:
Boost变换器原理与分析
(2)开关模态2
在"Ton时刻.Q关肛ILf通过WHD向输出側流。，电源功率和电感Lf的储能向负裁和电容Cf转移.给Cf充电.此时加在Lf上的电压为Vin-Vo.因为Vo>Vin, 故ILf线性减小°
^t=Ts时.ILf达到瑕小ftllLf (min) • AQttiE期间.ILf的减小呈小
Boost变换器系统建模及其控制
有源超前-滞后补偿网络
校正后的系统的波特图
Open-Loop Bode Editor (C) 40 20 0
Magnitude (dB)
-20 -40 -60 -80 -100 360 315 270 G.M.: 10.8 dB Freq: 2.56e+004 Hz Stable loop
实际上， DC/DC变换器的输出电压中除直流和低频调制频率电压分量外，还包含开
关频率及其边频带、开关频率谐波及其边频带。
Boost变换器的平均开关网络模型 首先对开关元件的电压或电流变量在一个开关周期内求平均，得到等 效的平均参数电路。从而消除了开关波纹的影响，但此时仍然是一个 非线性电路。这样的电路由于同时包含了直流分量与交流分量的作用， 成为大信号等效电路。 其次将各平均变量表达为对应的直流分量与交流小信号分量之和，消
经过开关周期平均变换后Boost变换器的等效电路如图4所示：
i2 (t） Ts d (t ) i1 (t ) Ts
图4 经开关周期平均后的等效电路 对电路作小信号扰动，即令：
ˆ ˆ d (t ) D d (t ) d (t ) D d (t ) ˆ i(t） T i1 (t ) T I i (t ) v (t） T v2 (t )Ts V v(t ) ˆ s ˆ ˆ v1 (t） Ts V1 v1 (t ) i2 (t） Ts I 2 i2 (t )
buck-boost变换器设计
湖南工程学院
课程设计
课程名称电力电子技术
课题名称Buck-Boost变化器设计
专业电气工程及其自动化
班级
学号
姓名
指导教师
2013 年6 月28 日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称电力电子技术
课题Buck-Boost变换器设计
专业班级
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务书下达日期2013年6 月17 日任务完成日期2013 年6 月28 日
目录
第一章概述 (1)
第二章系统总体方案确定 (3)
2.1 电路的总设计思路 (3)
2.2 电路设计总框图 (3)
第三章主电路设计 (5)
3.1 Buck－Boost主电路的分析 (5)
3.1.1 主电路原理分析 (5)
3.1.2 主电路运行状态分析 (6)
3.2 主电路参数的选择 (8)
3.2.1 占空比α (8)
3.2.2 电感L (9)
3.2.3 电容C (10)
第四章控制电路设计 (12)
4.1 主控制芯片的详细说明 (12)
4.1.1 SG3525 简介 (12)
4.1.2 SG3525内部结构和工作特性 (12)
4.2 控制单元电路设计 (16)
4.3 检测及控制保护电路设计 (16)
4.4 驱动电路设计 (17)
4.5 Matalab的建模和参数设置 (18)
总结 (22)
参考文献 (24)
附录1 (25)
附录2 (26)
附录3 (27)
第一章概述
《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为电气工程及其自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。
Boost变换器工作原理与设计
Boost应用时的注意事项
1.启动保护 2.输入端电容
3.功率器件的保护
谢谢！ 请多指教！
Kcrit D(1 D)2 2L
K RTs
二、 Boost变换器的主要应用
输入电感决定了输入端的高频纹波电流总量，为了确保 变换器运行于CCM模式，输入电感L保证在低压输入（85V） 的纹波电流大约为输入电流尖峰的20%，由此来确定输入电
感的大小。
假定电路中的元件均为理想元件，则在工频时间范 围 内，从电网上吸收的功率与变换器的输出功率有如下关系:
Boost变换器的工作原理与 设计
主要内容
一、基本工作原理 二、Boost变换器的主要应用以及参数选择 三、小信号模型的建立
一、基本工作原理
CCM状态下的BOOST
由电感L的伏秒平衡即可得:
VgDT (Vg V )(1 D) 0
即可得:
V 1 Vg 1 D
输入电流纹波大小:
iL
Vg 2L
Pout Pin
其中
为变换器的效率，则在低压输入时变换器的输入
电 流峰值为:
I pk
2Pout
Vin-min •
L Vinmin 2 • Dmin 0.2Ipk • f
输出电容的选择考虑开关纹波电流、二次谐波电流、输出直流电压 、输出纹波电压和保持时间等因素，其中保持时间 一般取为 15~50ms。输出电容的典型值为1~2 。保持时间由输出电容里存储
升降压(Buck-Boost)变换器
升降压（Buck-Boost）变换器
一、选题背景
随着世界的需求与电力电子的发展,高频开关电源凭借其低功耗等优点，得到了在计算机、通信和航天等领域的广泛应用。其中功率变换电路对组成开关电源起重要作用。功率变换电路是开关电源的核心部分,针对整流以后不同的直流电压功率变换电路有很多种拓扑结构,比如：Buck变换器拓扑、Boost变换器拓扑、Buck/Boost变换器拓扑、正激（反激）变换器拓扑……Buck/Boost变换器作为其中重要的一种,在开关电源的设计中当然也得到了很好的应用。本设计是对Buck/Boost变换器进行设计与仿真,并且将仿真得到的输入输出电压关系式与理论推导进行比较,从而验证其可行性。
二、原理分析(设计理念)。
当开关管V触发而导通时,输入电流电压全部加在储能电惑L的两端,感应电势极性为上正下负,二极管反向偏置截止,储能电感L将电能变为磁能储存起来。电流从电源正端流过开关管和电感回到电源负端。经过Ton时间后,开关管截止储能电感L电势极性由上正下负变为上负下正,二极管正向偏置导通,储能电感L储存的磁能经二极管向负载RL释放,同时向滤波电容C充电。又经过Toff后,开关管导通,二极管截止,电感L充电,已充电的C向RL放电,从而保证了向负载的供电。此后,重复上述过程。
三、过程论述。
首先建立升降压（Buck-Boost）变换器仿真模拟图PulseGenerator数据
R,L,C以及电源数据
四、结果分析降压数据及波形图
升压数据及波形图
五、课程设计总结。
在多次的实验中，我已经可以熟练使用MATLAB进行各种仿真实验，在学习的过程中，我也发现了自己仿真实验时存在的许多不足，但最后都通过各种方式得到解决。
Boost变换器设计及计算机仿真x
Boost变换器设计及计算机仿真x
《电⼒电⼦系统综合训练》任务书（第6组）
2014年秋季学期
摘要
BOOST 电路⼜称为升压斩波电路，它在各类电⼒电⼦电路中的应⽤⼗分⼴泛，它将低压直流电变为⾼压直流电，为负载提供了稳定的直流电压。升压斩波电路的PI和PID调节器的性能对输出的电压影响很⼤。由于这种斩波电路⼯作于开关模式下，是⼀个强⾮线形系统。采⽤matlab 仿真分析⽅法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的⼯作过程, 并对其中各种现象进⾏细致深⼊的分析, 便于我们真正掌握BOOST 电路的⼯作特性。
【关键词】：Boost电路；直流电压；matlab仿真；
⽬录
摘要1
1概论1
1.1电⼒电⼦器件1
1.1.1电⼒电⼦器件概述1
1.1.2 直流-直流变换器（DC/DC）的应⽤2
1.2 MATLAB软件概述3
1.2.1 MATLAB介绍3
1.2.2 SIMULINK仿真基础5
1.2.3 MATLAB的GUI程序设计7
2升压式直流斩波电路10
2.1电路的结构及⼯作原理10
2.1.1电路结构10
2.1.2 ⼯作原理10
2.1.3基本数量关系11
2.2升压斩波电路的典型应⽤11
3模型仿真13
3.1建⽴升压斩波电路模型13
3.2模型参数设置14
总结20
致谢21
参考⽂献22
1概论
1.1电⼒电⼦器件
1.1.1电⼒电⼦器件概述
1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应⽤于强电领域的⾃动控制迈出了重要的⼀步，电⼒电⼦开始登上现代电⽓传动技术舞台，这标志着电⼒电⼦技术的诞⽣。
20世纪60年代初已开始使⽤电⼒电⼦这个名词，进⼊70年代晶闸管开始派⽣各种系列产品，普通晶闸管由于其不能⾃关断的特点，属于半控型器件，被称作第⼀代电⼒电⼦器件。随着理论研究和⼯艺⽔平的不断提⾼，以门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒双极性晶体管(IGBT)和电⼒场效应晶体管（Power-IGBT）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第⼆代电⼒电⼦器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电⼒电⼦器件异军突起，⽽进⼊90年代电⼒电⼦器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电⼒电⼦技术发展的⼀个重要⽅向。
电流断续状态下Boost变换器建模与仿真
电流断续状态下Boost变换器建模与仿真Ξ
王传芳,齐 蓉
(西北工业大学自动化学院,西安710072)
摘要:为了辅助升压变换器(Boo st变换器)在应用中的设计,分析了电流断续状态下Boo st变换器的工作过程,建立了这种状态下的Boo st变换器非线性数学模型,在结合二进制逻辑变量,建立了Si m ulink模块下的变换器仿真模型,研究表明仿真结果与理论分析结果一致,证实了模型的准确性和可行性,这种逻辑与模拟结合的简明通用的模型可以高效辅助Boo st电路设计并为参数优选打下了基础。
关键词:电流断续状态;升压变换器;仿真
中图分类号:TM56 文献标识码:A 文章编号:100328930(2007)0320088203
M odel i ng and Si m ula tion of Boost Converter W ork i ng
i n D iscon ti nuous Curren t M ode
W AN G Chuan2fang,Q I Rong
(Schoo l of A u tom ati on,N o rthw estern Po lytechn ical U n iversity,X i’an710072,Ch ina)
Abstract:In o rder to assist Boo st converter design,the w o rk ing p rocess of the converter at discontinuous current mode w as analyzed and a nonlinear m athem atical model w as estabilished as w ell.Case study on M atlab Si m ulink w as perfo r m ed w ith binary logical variable used,the si m ulati on result w as consistent w ith the theo retical analysis w h ich p roveed the validitd and feasibility of the p ropo sed model.T he model could be used to assist Boo st circuit design effectively and supp lie a basis fo r param eter op ti m izati on.
BOOST变换器设计
1 总体设计思路
1.1设计目的
升压斩波电路是最基本的斩波电路之一，利用升压斩波电路可以实现对直流的升压变化。所以，升压斩波电路也可以认为是直流升压变压器，升压斩波电路的应用主要是以Boost变换器实现的。升压斩波电路的典型应用有：一、直流电动机传动，二、单相功率因数校正（Power Factor Correction PFC）电路，三、交直流电源。直流升压斩波电路的应用非常广泛，原理相对比较简单，易于实现，但是，设计一个性能较好变压范围大的Boost变换器并非易事，本设计的目的也就在于寻求一种性能较高的斩波变换方式和驱动与保护装置。
1.2实现方案
本设计主要分为五个部分：一、直流稳压电源（整流电路）设计，二、Boost 变换器主电路设计，三、控制电路设计，四、驱动电路设计，五、保护电路设计。直流稳压电源的设计相对比较简单，应用基本的整流知识，该部分并非本设计的重点，本设计的重点在于主电路的设计，主电路一般由电感、电容、电力二极管、和全控型器件IGBT组成，主电路的负载通常为直流电动机，控制电路主要是实现对IGBT的控制，从而实现直流变压。主电路是通过PWM方式来控制IGBT的通断,使用脉冲调制器SG3525来产生PWM的控制信号。设计主电路的输出电压为75V，本设计采用闭环负反馈控制系统，将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM信号，达到负反馈稳定控制的目的。
图1-1 总电路原理框图
2直流稳压电源设计
2.1电源设计基本原理
在电子电路及设备中一般都需要稳定的直流电源供电。这次设计的直流电源为单相小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单向交流电压转换为幅值稳压、输出电流为几十安以下的直流电压。其基本框图如下：
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《电力电子系统综合训练》任务书（第6组）
2014年秋季学期
摘要
BOOST 电路又称为升压斩波电路，它在各类电力电子电路中的应用十分广泛，它将低压直流电变为高压直流电，为负载提供了稳定的直流电压。升压斩波电路的PI 和PID调节器的性能对输出的电压影响很大。由于这种斩波电路工作于开关模式下，是一个强非线形系统。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOOST 电路的工作特性。
【关键词】：Boost电路；直流电压； matlab仿真；
目录
摘要 (1)
1概论 (1)
1.1电力电子器件 (1)
1.1.1电力电子器件概述 (1)
1.1.2 直流-直流变换器（DC/DC）的应用 (2)
1.2 MATLAB软件概述 (3)
1.2.1 MATLAB介绍 (3)
1.2.2 SIMULINK仿真基础 (5)
1.2.3 MATLAB的GUI程序设计 (7)
2升压式直流斩波电路 (9)
2.1电路的结构与工作原理 (9)
2.1.1电路结构 (9)
2.1.2 工作原理 (9)
2.1.3基本数量关系 (10)
2.2升压斩波电路的典型应用 (10)
3模型仿真 (14)
3.1建立升压斩波电路模型 (14)
3.2模型参数设置 (14)
总结 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
1概论
1.1电力电子器件
1.1.1电力电子器件概述
1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。
20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管（Power-IGBT）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。
电力电子器件专指电力半导体器件，在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路的中电力电子器件的导通与关断，来完成整个系统的功能。
电力电子器件因为处理的电功率较大，为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态，导通时阻抗很小，接近于短路，管压降接近于0，而电流由外电路决定，阻断时阻抗很大，接近于断路，电流几乎为0，而管子两端的电压由外电路参数决定，就想普通晶体管的饱和与截止一样。尽管工作在开关状态，但是电力电子器件自身功率损耗通常远大于信息电子器件，因而，为了保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计，而且在其工作时一般还需要安装散热器。这是因为电力电子器件在导通或者阻断状态下，并不是理想的短路或者断路。导通时器件上有一定的通态压降，阻断时器件上有微小的断态漏电流流过。尽管其数值都很小，但分别与数值较大的通态电流与断态电压相互作用，就形成了电力电子器件的通态损耗和断态损耗。
本文主要利用IGBT型开关器件对升压降压进行控制，电力IGBT是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点就是驱动简单，需要的驱动功率小，第二个显著特点就是开关速度快，工作评频率高，另外，电力IGBT的热稳定性优于GTR。
1.1.2 直流-直流变换器（DC/DC）的应用
直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～
25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
DC/DC变换器现已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为0.31W/cm3～1.22W/cm3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
电子产业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流。在电子设备领域中,通常将整流器称为一次电源,而将DC/DC变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前，在电子设备中用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过IGBT或IGBT 实现高频工作,开关频率一般控制在50kHz～100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到
48V/200A、48V/400A。
因为电子设备中所用的集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在电子供电系统中，采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加,其电源容量也将不断增加。