电力电子课程设计Boost变换器
buck-boost课程设计
湖南工程学院课程设计课程名称电力电子技术课程设计课题名称Buck-Boost变换器设计专业班级学号姓名指导教师2013 年月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程设计课题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年月日任务完成日期2013年月日目录第一章概述 (6)第二章Buck-Boost变换器设计总体思路 (7)2.1电路总设计思路 (7)2.2电路设计原理与框图 (7)第三章Buck-Boost主电路设计 (8)3.1 Buck-Boost主电路基本工作原理 (8)3.2主电路保护（过电压保护） (10)3.3 Buck-boost变换器元件参数 (11)3.3.1 占空比 (11)3.3.2滤波电感L (11)3.3.3滤波电容 (11)3.4 Buck-Boost仿真电路及结果 (12)3.4.1 Buck-Boost变换器仿真模型 (12)3.4.2不同占空比 的仿真结果 (13)第四章控制和驱动电路模块 (17)4.1SG3525脉冲调制器控制电路 (17)4.1.1 SG3525简介 (17)4.1.2 SG3525内部结构和工作特性 (17)4.2SG3525构成控制电路单元电路图 (20)4.3驱动电路设计 (20)第五章总体与体会 (21)第六章参考文献 (22)第七章附录 (23)第一章概述自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。
随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。
近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。
第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。
与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。
目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。
Boost变换器
Boost变换器
Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。
1.线路组成
线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压V s升压到V o的功能。
图１
2.工作原理
当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流i L流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。
此时，电容C放电，R上流过电流I o，R两端为输出电压V o，极性上正下负。
由于开关管导通，二极管阳极接V s负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。
开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持i L不变。
这样线圈L磁能转化成的电压V L与电源V s串联，以高于V o电压向电容C、负载R供电。
高于V o时，电容有充电电流；等于V o时，充电电流为零；当V o有降压趋势时，电容向负载R放电，维持V o不变。
图２Boost变换器电路工作过程
由于V L+V s向负载R供电时，V o高于V s，故称它为升压变换器。
工作中输入电流i s=i L是连续的。
但流经二极管D1电流确实脉动的。
由于有C的存在，负载R上仍有稳定、连续的负载电流I o。
Boost变换器工作原理与设计
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。
重要性
Boost变换器在许多应用中都非 常重要，如分布式电源系统、电 动汽车和可再生能源系统等。
Boost变换器的历史与发展
历史
Boost变换器最初在20世纪80年代 被提出，随着电力电子技术和控制理 论的不断发展，其性能和效率得到了 不断提高。
发展
目前，Boost变换器已经广泛应用于 各种领域，并且随着新能源和电动汽 车的快速发展，其需求和应用前景仍 然非常广阔。
当开关管关断时，电感释放所 储存的能量，通过二极管和输 出电容向负载提供电流，同时 输出电压逐渐升高。
通过控制开关管的通断时间， 可以调节输出电压的大小。
电感的作用
电感在开关管导通时 储存能量，在开关管 关断时释放能量。
电感的值决定了输出 电压的大小和开关频 率。
电感的作用是调节电 流和维持输出电压的 稳定。
小型化
随着电子设备的小型化和集成化，减小Boost变换器的体积成为 未来的重要发展方向。
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，实现Boost变换器的智能化 控制和远程监控成为未来的重要发展方向。
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02
Boost变换器的工作原理
工作原理概述
Boost变换器是一种DC-DC转换 器，用于提高直流电压。
BOOST电路方案设计
BOOST电路方案设计1.引言BOOST电路是一种非隔离型DC-DC转换器，它通过开关元件（通常是MOSFET）周期性地开启和关闭来控制电压的升降。
BOOST电路通常应用于需要较高电压的应用，如LCD驱动、LED照明和无线充电等。
2.基本构成BOOST电路由四个主要组成部分组成：输入电感（inductor）、开关元件（switch）、输出电容（output capacitor）和负载电阻（load resistor）。
输入电感用于储存能量，开关元件用于控制能量的输送，输出电容用于稳定输出电压，而负载电阻则是输出电压的负载。
3.工作原理当开关元件关闭时，输入电感会储存电能。
当开关元件开启时，输入电感会释放电能，输出电容会通过负载电阻释放电能。
通过周期性的开关操作，电路可以将输入电压升压至所需的输出电压。
4.参数选择设计BOOST电路时，需要选择合适的组件参数以满足设计需求。
以下是一些常见参数及其选择方法：-输入电感：选择合适的电感值可以平衡能量转移的速度和电流波动的大小。
较大的电感值可以减小电流波动，但会增加开关元件的压力。
较小的电感值则会增加电流波动，但可以提高转换效率。
-开关元件：开关元件通常选用MOSFET，选择合适的MOSFET可以确保开关过程的效率和可靠性。
应根据输入电压、输出电压、负载电流和开关频率等参数来选择适当的MOSFET。
-输出电容：输出电容用于平滑输出电压，防止输出电压波动。
电容的选择应根据输出电流和输出电压的需求来确定。
-负载电阻：负载电阻决定了输出电流的大小，应根据负载电流的需求来选择合适的负载电阻。
5.控制电路6.保护电路为了确保BOOST电路的正常工作，还需要设计合适的保护电路。
保护电路可以对输入电压过高、输出电流过大和开关元件温度过高等异常情况进行保护，避免损坏电路。
7.总结BOOST电路是一种常用的DC-DC转换器，通过将低电压转换为较高电压，实现对高压负载的驱动。
Boost变换器原理
Boost变换器原理Matlab建模一、设计内容1、设计原理图1 升压变换器电路图图1是升压变换器的电路图，其中为输入直流电源，S为开关管（在本设计中使用IGBT作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。
当开关管S导通，输入电流流经电感L和开关管S，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD处于关断状态。
当开关管S截止，由于电感电流的连续性，电感L的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源串联，以高于的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。
此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。
这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。
2、输出电压与输入电压的关系若开关管导通时间，关断时间,开关工作周期。
定义占空比为：,升压比为：。
理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压：3、参数设置（1）电源电压设置为直流24V；（2）储能电感设置为3、6E-4 H；（3）RC负载设置：R为24Ω；C为5、4E-5 F；（4）脉冲信号发生器设置：Pulse type、Time(t)、litude、Phase delay(secs)均采用默认设置，Period(secs)设置为25e-6，Pulse Width(﹪ of Period)设置为20。
（5）二极管，IGBT，电压、电流测量量均采用默认值。
4、仿真目的（1）观察占空比变化对输出电压的影响。
更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，估计输出电压的值。
（2）观察开关频率变化对输出电压纹波的影响。
占空比恢复为40％，将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（20KHz）和二倍（80KHz），观测并估计两种条件下电压纹波的大小。
boost变换器设计报告
直流稳压电源设计报告摘要本作品采用了boost拓扑，利用电感、场效应管和二极管完成了升压的功能，利用Tl494,和IR2110进行反馈控制。
并加上前期的整流滤波电路，实现可以用从市电开始转换。
本作品基本实现了题目的功能，实现了30V到36V，2A的输出。
一、方案比较论证1.主拓扑方案的论证方案一：采用反激式变换器。
反激式变换器适合小功率的输出，输入电压大范围波动时，仍可以有较稳定的输出，并且可以实现带隔离的DC/DC变换，但其中的反激式变压器设计比较复杂，且整体效率较低。
方案二：采用boost变换器，boost是一种斩波升压变换器，该拓扑效率高，电路结构简单，参数设计也比较容易。
方案三：采用SPICE变换器，开关环路的对称性使其可以达到较高效率，电感的适当耦合也可以尽量减小纹波。
但该方案成本较高，对电容电感值要求较高，检测和控制电路较为复杂。
为节约成本，并从简单考虑，本作品选用方案二。
2.控制反馈方案的选择方案一：系统由Boost模块实现升压任务，各模块所需PWM信号的由单片机提供，单片机AD采集实时输出量，经运算后通过改变占空比调整模块工作状态。
该方案电路最简单，各种控制灵活，缺点有单片机运算量过大，开关信号占空比受单片机限制，浮点运算的时延影响电路跟随，另外单片机容易受到功率管开关干扰而失灵。
方案二：使用振荡器、比较器产生PWM波，由负反馈电路实现输出控制，单片机负责状态切换和测量显示，该方案原理易于理解，但自己装调的PWM电路在开关时容易出现振铃毛刺，直接影响了系统效率，并且要完善反馈控制对回馈信号要求较高。
方案三：借用现有成熟PWM控制器，该类集成电路输出波形好，工作稳定，都具备至少一个反馈控制引脚，按照厂商提供的典型电路就可装调出应用电路。
但这类电路一般针对专用场合设计，借用时需要较多设计计算，特别是该类芯片的反馈有极高的控制灵敏度，在单片机参与时需要较多改动。
本作品采用方案三。
二、理论分析和计算1．电路设计与分析（1）提高效率的方法在电路的设计过程中，找到了影响系统效率的主要因素有三点：功率变换器开关器件的开关损耗；感性元件的铁损和铜损；控制电路的损耗。
boost变换器工作原理
boost变换器工作原理引言：在电子设备中，为了提供稳定的直流电压，通常需要使用变换器来对输入电压进行转换。
其中一种常用的变换器是boost变换器，它可以将输入电压提升到较高的输出电压。
本文将介绍boost变换器的工作原理及其关键组成部分。
一、什么是boost变换器？boost变换器是一种直流-直流（DC-DC）变换器，用于将低电压升高到较高的电压。
它通过周期性开关和储能元件实现输入电压的提升。
boost变换器常用于电子设备中，例如电源供应、电动汽车、太阳能电池等。
二、boost变换器的工作原理1. 关键元件boost变换器由以下几个关键元件组成：- 输入电压源Vin：提供输入电压，一般为直流电压。
- 开关元件：用于周期性地开关电路，将输入电压传递到输出电路。
- 电感元件L：通过储存能量来实现电压的升高。
- 负载元件：接收输出电压，一般为电子设备或电路。
- 电容元件C：用于平滑输出电压。
2. 工作原理boost变换器的工作原理可以分为两个阶段：导通阶段和截止阶段。
（1）导通阶段：当开关元件导通时（一般为MOSFET），输入电压Vin通过电感元件L传递到负载元件和电容元件。
在此阶段，电感元件L储存了能量，同时电容元件C开始充电。
（2）截止阶段：当开关元件截止时，电感元件L的储能电流无法继续流动，此时输出电压Vo通过电容元件C供给负载元件。
在此阶段，电容元件C 平滑输出电压，保持稳定的直流电压。
3. 控制策略为了实现输出电压的稳定性，boost变换器通常采用脉宽调制（PWM）控制策略。
通过调节开关元件的导通时间和截止时间，可以控制输出电压的大小。
当输出电压过低时，开关元件导通时间延长；当输出电压过高时，开关元件截止时间延长。
通过不断调整开关元件的导通和截止时间，可以使输出电压保持在设定值附近。
三、boost变换器的优势和应用领域1. 优势- 提供较高的输出电压：boost变换器可以将低电压提升到较高的电压，满足某些电子设备对高电压的需求。
DCDC Boost变换器电路设计与分析平台
DCDC Boost变换器电路设计与分析平台一、引言DCDC Boost变换器是一种常用的电力转换装置，可将低电压转换为高电压。
为了提高Boost变换器的设计效率和准确性，开发一个DCDC Boost变换器电路设计与分析平台是非常必要的。
本文将介绍该平台的设计及分析方法。
二、设计原理DCDC Boost变换器采用了串联型开关电源的原理。
通过控制开关管的导通和截止，可以实现输入电压向输出电压的升压转换。
Boost变换器的主要构成包括输入电容、开关管、电感、输出电容和负载。
三、设计步骤1. 输入电容的选择输入电容的作用是平滑输入电压，降低电压脉动。
为了保证电压的稳定性和质量，选择合适的输入电容非常重要。
根据输入电流和电压脉动要求，通过计算和仿真得出最佳的输入电容数值。
2. 开关管的选取开关管在Boost变换器中起到开关控制的作用，关系到整个电路的性能。
正确选择开关管的关断电流和导通电流可以提高变换器的效率和稳定性。
通过查阅资料、分析参数和进行实际测试，确定最适合的开关管型号和参数。
3. 电感的设计电感是Boost变换器中的关键元件，通过电感的储能和释能来实现电压升压。
通过计算输出电流和电感电压脉动，并考虑电感的能量损耗、饱和电流等因素，确定合适的电感数值和材料。
4. 输出电容的选型输出电容的作用是平滑输出电压，减小纹波电压。
选取合适的输出电容值和材料可以提高电压的稳定性和可靠性。
通过分析负载特性、输出电压波动要求等因素，确定最佳的输出电容数值。
四、分析平台为了实现DCDC Boost变换器的自动设计和分析，我们开发了一套电路设计与分析平台。
该平台包括以下功能：1. 电路参数输入：用户可以输入Boost变换器的各项参数，如输入电压、输出电压、负载电流等。
2. 自动设计：根据用户输入的参数，平台可以自动计算和选择最佳的输入电容、开关管、电感和输出电容。
3. 电路仿真：使用先进的电路仿真技术，平台可以对设计的Boost变换器进行仿真分析，得出波形图、效率曲线等详细结果。
Boost变换器工作原理与设计
F /W
Co
2Pout Δt Vo2 Vo2(min)
三 小信号模型的建立(状态空间平均法)
Ld
i(t) Ts dt
vg
Ts
d (t) ( vg
Ts
v(t) Ts )(1 d (t))
Boost变换器的工作原理与 设计
主要内容
一ห้องสมุดไป่ตู้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
sCv(s) Id(s) i(s)(1 D) v(s) R
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:
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
boost变换器matlab课程设计
boost变换器matlab课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握BOOST变换器的基本工作原理及其数学模型；2. 理解MATLAB/Simulink环境下进行BOOST变换器仿真分析的步骤与方法；3. 学会应用MATLAB软件对BOOST变换器的性能进行参数化设计和分析。
技能目标：1. 能够运用MATLAB/Simulink构建BOOST变换器的仿真模型；2. 能够通过MATLAB编程实现对BOOST变换器性能数据的处理和分析；3. 能够独立完成对BOOST变换器的性能优化与故障诊断。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术学习的兴趣，激发学生的探究欲望；2. 增强学生的团队合作意识，提高学生在团队中沟通协调的能力；3. 培养学生严谨的科学态度，使学生具备良好的工程素养。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生已具备一定的电力电子技术基础和MATLAB编程能力，具有较强的学习兴趣和探究欲望。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，引导学生主动参与课堂讨论和实践活动，提高学生的实际操作能力。
同时，关注学生的学习进度，确保课程目标的实现。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
二、教学内容1. BOOST变换器原理回顾：包括BOOST变换器的基本结构、工作原理、开关器件的作用及其控制方式。
相关教材章节：电力电子技术第三章第二节。
2. MATLAB/Simulink仿真环境介绍：介绍MATLAB/Simulink软件的基本操作、仿真模型构建方法及仿真参数设置。
相关教材章节：MATLAB仿真与应用第四章。
3. BOOST变换器仿真模型构建：利用MATLAB/Simulink构建BOOST变换器的仿真模型，并进行仿真实验。
相关教材章节：电力电子技术第三章第三节。
buckboost变换器课程设计
buckboost变换器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握buckboost变换器的基本工作原理及电路组成；2. 学生能掌握buckboost变换器在直流电压调节中的应用及性能特点；3. 学生能了解buckboost变换器的各类参数计算及影响变换效率的因素。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，正确绘制并分析buckboost变换器的电路图；2. 学生能通过实验操作，验证buckboost变换器的性能及效率；3. 学生能运用仿真软件对buckboost变换器进行模拟，优化电路设计。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习buckboost变换器，培养对电子技术的兴趣和热情；2. 学生能认识到buckboost变换器在节能环保方面的重要性，树立正确的能源观念；3. 学生在团队协作中培养沟通、合作能力，增强解决问题的自信心。
课程性质：本课程为电子技术专业课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，充分调动学生的积极性与创造性。
通过本课程的学习，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高解决实际问题的能力。
二、教学内容1. buckboost变换器基本原理：讲解buckboost变换器的工作原理，包括升压、降压模式切换，以及开关元件、二极管、电感、电容等关键元件的作用。
教材章节：第三章“开关电源原理”第2节“buckboost变换器”2. buckboost变换器电路组成：分析buckboost变换器的电路结构，探讨不同模式下电路元件的工作状态及相互关系。
教材章节：第三章“开关电源原理”第2节“buckboost变换器”3. 参数计算与性能分析：介绍buckboost变换器关键参数的计算方法，分析影响变换效率的因素，如开关频率、元件参数等。
教材章节：第三章“开关电源原理”第3节“开关电源的性能分析”4. 电路图绘制与分析：指导学生绘制buckboost变换器电路图，分析电路工作过程，掌握电路调试方法。
Boost电力电子课程设计
一个 Boost变换器的设计课程名称：电力电子课程设计设计题目：一个 Boost变换器的设计专业：自动化班级：自动化1学号：姓名：指导教师：1．题目一个Boost变换器的设计2．任务设计一个Boost变换器，已知V1=24V±10%，V2=36V，I0=0～1A。
要求如下：1）选取电路中的各元件参数，包括Q1、D1、L1和C1，写出参数选取原则和计算公式；2）编写仿真文件，给出仿真结果：（1）电路各节点电压、支路流图仿真结果；（2）V2与I O的相图（即V2为X坐标；I O为Y坐标）；（3）对V2与I O进行纹波分析；（4）改变R1，观察V2与I O的相图变化。
3）课程设计说明书用A4纸打印，同时上交电子版（含仿真文件）；4）课程设计需独立完成，报告内容及仿真参数不得相同。
3．说明仿真软件采用PSIM，免费试用程序及其说明书见附件。
一、Boost电路的分析1、工作原理升压斩波电路的原理图如图1所示。
由可控开关Q1、储能电感L1、二极管D1、滤波电容C1、负载电阻R1等组成。
图 1 Boost电路原理图当开关管Q1受控制电路的脉冲信号触发而导通时，输入直流电压V1全部加于储能电感L1的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D1反向偏置截止，储能电感L1将电能变换成磁能储存起来。
电流从电源的正端经Q1及L1流回电源的负端。
经过t on时间以后，开关管Q1受控而截止时，储能电感L1自感电势的极性变为上负下正，二极管D1正向偏置而导通，储能电感L1所存储的磁能通过D1向负载R1释放，并同时向滤波电容C1充电。
经过时间T off后，控制脉冲又使Q1导通，D1截止，L1储能，已充电的C1向负载R1放电，从而保证了向负载的供电。
图2 Boost变换器电路工作过程2、电路参数的选择:已知：V1=24V±10%，V2=36V，I0=0～1A。
1、占空比D由D V V -=1112得，212V V V D -= V 2＝36V ，V 1min ＝21.6V ，V 1max ＝26.4V 所以267.0212maxmin =-=V V V D 4.0212minmax =-=V V V D 2、电感L开关频率越高，电感器的感值就取得越小，体积越小，但开关频率高了会加重开关管的负担。
电子技术课程设计-boost升压变化器设计[管理资料]
![电子技术课程设计-boost升压变化器设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/61391f6f02d276a200292efd.png)
1 绪论选题的背景与意义近几年来，随着现代社会的不断进步，世界的经济将发生巨大变革，知识经济开始替代工业经济，这对世界经济的发展将有很大推动力。
随着神舟飞船的首次载人飞行，嫦娥饶月的的实现，中国的这些高科技技术的成功，让西方国家震惊不已，谁拥有电力电子这种先进的高薪科技产品，谁就掌握竞争的优势。
但是总体说来我国当前电力电子与电力传动技术的水平落后于国际先进水平，远远跟不上我国国民经济发展的需要，特别是还面临着国外产品严重冲击，因此，我们必需清醒地认识到这一挑战并且要勇敢地面对。
因此电力电子交流电路模拟仿真的研究已成为我国的研究热点之一。
电力电子电路最基本的拓扑形式，近年来一些新的电路拓扑形式如谐振型逆变电路、矩阵式变频电路等不断涌现。
人们也期待着通过对电力电子电路拓扑的不断研究，发现一些更新的拓扑形式，使电力电子装置性能更为优良。
电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。
电力电子技术的应用范围已无处不在在如交通系统和电力系统，此外，电力电子技术用于宇宙开发也正在引起人们的广泛关注。
在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
国内外电力电子技术的现状国外电力电子技术发展的状况自从半导体问世以来，经过几十年来的发展，电力电子技术从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。
八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
电力电子技术发展的变换主要体现在器件上[2]，几十年来，以晶闸管为基础的可控硅整流装置使直流传动占据了传动领域的统治地位。
然而，晶闹管毕竟是一种半控型器件，只能导通，不能关断，被称为第一代半导体器件。
boost变换器的设计与分析
单周期控制Boost DC/DC变换器分析与设计单周期控制技术(OCC)是一种新型非线性大信号PWM控制技术首先论述了单周期控制技术的基本原理，然后提出了单周期控制Boost变换器的一种双环控制策略，并通过仿真分析了其可行性最后应用最新的单周期控制芯片IRll50S进行实验论证实验证明了这种控制策略下单周期控制Boost变换器具有良好的性能引言开关变换器是脉冲式的非线性动态系统，在适当的脉冲非线性控制下，系统应当比传统的先行反馈控制更稳定，有更好的动态性能和抗扰动性当输入电压或负载发生变化时，电压型反馈控制需要多个开关周期才能达到稳态电流型反馈控制利用了变换器的脉冲和非线性特点，当占空比D大于O.5时，若采用的斜坡补偿很精确，能使系统在一个开关周期内达到稳态，但是往往实际中斜坡补偿不能完全匹配，所以仍然需要多个开关周期才能达到稳态单周期控制技术是1991年由Keyue M．smedley提出的一种非线性大信号PWM控制理论，它最大的特点是能使系统在一个周期之内达到稳态，每个周期的开关误差不会带人下一个周期这种控制方法具有调制和控制的双重性，开关变量和参考电压间既没有动态误差也没有稳态误差因此，单周期控制技术近年在各种DC/DC、DC/AC、AC/DC变换器中来得到了广泛的应用1 单周期控制基本原理单周期控制技术，包括恒频PWM开关、恒定导通时间开关、恒定截止时间开关、变化开关的单周期控制技术共4种类型对于恒频PWM开关，开关周期TS恒定，单周期控制就是要调节导通时间TON，从而使得斩波波形的积分值等于基准信号恒频PWM开关单周期控制原理，如图1所示没开关S以一定开关频率fs=l/Ts的开关函数K(t)工作，即：占空比D=TON/TS模拟基准信号ur(t)调制开关的输入信号x(t)被开关斩波，开关的输出信号y(t)的频率、脉宽与开关函数k(t)相同，y(t)的包络线就是x(t)，即y(t)=k（t）x(t)开关S一旦由固定频率的时钟脉冲开通，实时积分器就开始工作，设定时间常数RC等于时钟uc周期时间TS，其积分值为当积分值ue达到基准信号ur(t)时，RS触发器就复位，S变为截止状态，实时积分器复位，以准备下一个开关周期当前开关周期的占空比由式(3)决定，即因此，在一个开关周期里可以瞬时地控制输出信号按照这种概念控制开关的技术称为单周期控制技术，单周期控制技术将非线性开关变为线性开关，是一种非线性技术文献[5]提出了Boost电路的单周期控制策略，如图2所示在稳态情况下，当开关管导通时，二极管上电压vD为U0，当开关关断时，二极管上压降为零，所以可以通过控制二极管上的电压，使其在一个周期内的平均值等于参考值，从而改变占空比，即由于二极管电压的电压参考点是A，所以Boost电路的单周期控制规则为2 单周期控制Boost变换器的双环控制在文献[5]和[7]的基础上，本文研究了单周期控制Boost变换器的一种双环控制策略首先，从Boost变换器的工作原理着手分析，图3为Boost变换器及电感电流波形图，为了方便讨论，假设所有的元件都是理想的，同时负载电流足够大，电感电流连续，输出电压在一个开关周期内为常数稳态时，根据在一个周期内电感电流变化量相等，也即电感伏秒积相等的原则，有将式(8)代入式(7)中则得到单周期控制U1=-RsiL如图3(a)所示.式(9)可以通过图4(a)的复位积分电路来实现其中U+=Um，U1=-RSiL，U-=-UmD，时间常数RC1等于RS触发器时钟Clock的周期时间TS图4（b）为占空比D的示意图，当U-减小到U+时，积分结束3 仿真分析根据前面的论述，可以构建出双环单周期控制Boost电路，如图5所示为了验证其可行性以及更加明确系统各模块之问的关系，本文采用Saber软件进行了仿真分析，仿真参数如下：输入电压Ui=110V；开关频率fs=100kHz：输出电压U0=300V；输出功率P0=300W图6为仿真结果，图6(a)为比较器输入端电压U-、U+以及输出RS触发器复位脉冲信号R的局部展开波形；图6(b)为RS触发器PWM信号产生波形；图6(c)为输出电压U0以及电感电流波形仿真结果表明，双环单周期控制策略是可行的，复位积分电路各模块之间能按设计的逻辑工作，输出电压稳定在300V4 实验验4.1 实验样机设计图5中虚线框中的控制电路可以用新型芯片IRll50S来实现，如图7所示lRll50S是一种工作于连续模式的基于单周期控制技术的控制芯片，具有过压保护、欠压保护、空载保护、峰值电流控制以及软启动功能该芯片只有8个引脚，采用S0-8封装，有很强的驱动能力，最大驱动电流达到1.5A，频率设定只需通过一个电阻R2来调节，整个控制系统十分简单本文应用该芯片设计了一台原理样机，实验主要参数为：输入电压80~250V，Boost 电感780μH，工作频率f=100kHz，输出电压U0=300V，过压保护电压360V，额定功率300W，采样电阻O.1Ω，输出滤波电容：330μF/450V4.2 实验结果及分析从图8和图9可以看出，随着输入电压增加，占空比逐渐减小，输入电流减小，检测电阻端电压(负压)也减小，从而误差放大器的输出Um也减小图10和图l1表明，随着输入电压的增加，输出电压稳定在300V图12是该变换器的空载损耗曲线图，可以看出，随着输入电压的增加，输入电流减小，损耗逐渐减小，当输入电压达到180V后，损耗基本稳定在0.51W随着输入电压的增加，系统的效率逐渐增加，主要是由于输入电流的减小，系统的损耗有所减小满载情况下，输入电压为220V时效率最高，达到了97.9％。
升压式(BOOST)变换器
L及PO值适当，
在Q导通前L中仍有能量存在
L值过小或PO过小，
在Q导通前L中有能量已完全释放。
输出电压纹波
小
大（须较大C值方能减小）
输出电流纹波
小
大（须较大C值方能减小）
电感电流
连续
脉动不连续
同PO时iL峰值
小
大
电压增益M
（D’为二极管导通占空比, ）
(2)理想与非理想状态曲线分析
理想状态与实际状态下M=f（D）曲线图
导通，使Vin和L之叠加的高电压作用于C及负载
自感电动势与Vin相同并叠加升压作用于C与负载,随iL值下降L释放能量
充电
注：该电路不能空载，否则会因L上积累的能量不能消耗而导致开关器件损坏。
3电路各点波形
电感电流连续电感电流不连续
4.电感电流连续与不连续之分析
（1）特性比较
项目
电感电流连续
电感电流不连续
图中非理想状态是以RL=RC=0.01R为特例，由该曲线在D=0.88时M最大，其值为4.7；
当D>0.88后M开始下降，故设计BOOST电路时应注意不能出现该曲线下垂的后半边，
因通常状况下电路寄生电阻阻值远小于0.01R，故通常取值D<0.88即可。（具体计算略）
升压式(BOOST)变换器
（别名—并联开关电路,三端开关型升压稳压器）
1各元器件功能
Q开关管。
D截流二极管,在Ton时防止C中电路流过Q。
L升压电感，起储能及电压提升作用。
C输出滤波电容，起储能作用。
2工作原理
Q
D
LCBiblioteka Q导通时截止，防止Vc作用于Q
自感电动势与Vin相反,随iL值上升L储能增加
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电力电子技术课程设计
班级
学号
目录
一．课程设计题目 (2)
二．课程设计容 (2)
三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形) 2四．电路的设计过程 (3)
五．各参数的计算 (3)
六．仿真模型的建立，仿真参数的设置 (3)
七．进行仿真实验，列举仿真结果 (4)
八．对仿真结果的分析 (6)
九．结论 (7)
十．课程设计参考书 (7)
一．课程设计题目
Boost 变换器研究
二．课程设计容
1． 主电路方案确定
2． 绘制电路原理图、分析理论波形
3． 器件额定参数的计算
4． 建立仿真模型并进行仿真实验
6． 电路性能分析
输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等
三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形)
分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。
当可控开关V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C 上的电压向负载R 供电。
因C 值很大，基本保持输出电压u ₒ为恒值，记为U O 。
设V 处于通态的
时间为on t ,此阶段电感L 上积累的能量为on t EI 1。
当V 处于断态时E 和L 共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。
设V 处于断态的时间为off t ,则在此期间电感L 释放的能量为()off t I E U 10-。
当电路工作于稳态时，
一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即 ()off
on t I E U t EI 101-= 化简得
E t T t t t U off off off on =+=
升压斩波电路原理及工作波形
四．电路的设计过程
1.直流电压源参数设置：直流电源电压为100V
2.电容、电感、电阻参数设置：
Ω==⨯=-10,10,107.04R mH L F C
3.脉冲发生器模块的参数设置：振幅设置为1V ，周期为0.001s （即频率为500HZ ），脉冲宽度为20%
五．各参数的计算
1. 占空比的计算
占空比为0.2
2. 输出平均电压
V E U 125110=-=α
六．仿真模型的建立，仿真参数的设置
启动MATLAB7.0，进入simulink 后新建文档，绘制直流升压斩波变换电路模型图，双击各模块，再出现的对话框里设置各参数。
设置好各模块后，单击工具栏的start 命令进行仿真，再双击示波器模块，得到仿真结果。
七．进行仿真实验，列举仿真结果
仿真电路图
脉冲宽度为20%，Ω==⨯=-10,10,107.04R mH L F C ；
波形图如下：
波形图如下：
脉冲宽度为80%，Ω
7.04R
mH
F
C
10
L
10
=
=
,
⨯
=-10
,
波形图如下：
波形图如下：
脉冲宽度为20%，Ω==⨯=-10,40,107.04R mH L F C ；
波形图如下：
八．对仿真结果的分析
由图可知，在占空比为50%,20%，80%时，输出电压可以看成负载两端的电压与输入电压基本上成2，1.25,5倍的关系，且占空比越大输出电压越大；当其他参数不变，改变电容的大小时，电容增大，调节时间变长，输出电压减小；当其他参数不变，改变电感的大小时，电感增大，调节时间变长，输出电压减小。
九．结论
电力电子技术课程设计结束了，这么多天对升压斩波电路有了进一步的了解，升压斩波电路能够使我们合理的利用电能,提高电能品质和用电效率，直流升压斩波电路与开关电源,线性电源相比,起到一个提高电压的作用，从而使其工作的效率高,控制方便,智能化,易实现计算机控制。
在做课程设计的过程中，我们还用到了MATLAB仿真，通过对软件的正确使用，让我产生了浓厚的兴趣，并且让我能够更深刻的理解电路的工作原理，当然，在我能够正确的操作软件之前，还翻了很多的错误，但失败是成功之母，正是这些错误的经历让我对元件的参数有更多地了解，增加了我在最后得到了正确的答案时的成就感。
经过这次课程设计,我认识到自己还有很多东西需要进一步加强学习,而且要把理论联系实践来学习,不仅要懂理论知识,还要懂如何作出实践，最后也十分感老师和同学们的帮助才能够得以得到波形进行正确的分析。
十．课程设计参考书
[1] 电力电子电路的计算机仿真建业编著清华大学 2003
[2] 电路和系统的仿真实践占松编著科技 2000
[3] 电子电路CAD—基于OrCAD9.2贾新章编著电子科技大学 2002
[4] Pspice 8.0电路设计实例精粹高伟涛编著国防工业 2001
[5] MATLAB 电子仿真与应用利竹编著国防工业
[6] 开关电源的原理与设计占松编著电子工业 1999。