boost电路设计-张凯强

课程设计说明书
课程名称：电力电子课程设计
设计题目：Boost电路的建模与仿真专业：自动化
班级：自091
学号： **********
*名：***
指导教师：***
广西大学电气工程学院
二○一一年十二月
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=48V±10%，V2=72V，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IO的相图（即V2为X坐标；IO为Y坐标）；（3）对V2与IO进行纹波分析；（4）改变R1，观察V2与IO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。

一、 原理分析
分充电和放电两个部分来说明（假设MOS 管断开很久，所有元件都处在理想状态）： 充电过程
在充电过程中，开关闭合（MOS 管导通），等效电路如图二，开关（MOS 管）处用导线代替。

这时，输入电压流过电感。

二极管防止电容对地放电。

由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。

随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

放电过程
如图，这是当开关断开（MOS 管截止）时的等效电路。

当开关断开（MOS 管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。

而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。

升压完毕。

U ()
o u t +-
+
-
U ()
o t +-
+-
升压过程就是一个电感的能量传递过程
二、设计：
已知参数：
输入电压：48V--- V1 输出电压：72V ---V2 输出电流：1A--- Io 设定工作频率f ：50KHz
1）Q1、D1、L1和C1元件的选取：
为提高转换效率需：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量
所以在仿真时选取的D1，Q1都为理想管，无电阻和导通压降 计算
（1）占空比（由伏秒平衡原理得）：
211
23V V D V -=
=
（2）负载电阻R ：
2
1,=
720.890O O O
V I A R A R I ≤≥==Ω因为所以，取I ，则
（3）电感L:
22L L 5boost 112'0.14m '2d ()()1
d 10%10.1148
12103
3.2O O L V DTV L
I I DD L H
D R L RT
CCM i t u t V t L L di V dt DT L L L mH
->∆⇒>⇒>⇒>===⨯====
⨯⨯=要让电路工作在CCM 连续导通模式下，则有
又因为在模式下有：则可以取
（4）电容C ：
C C 5
d ()()210%2
d 1
2103 6.7u 10%9u t i t V V t C RC DT
DT
C F
R --⨯===-⨯⨯==≈⨯得
2）、编写仿真文件，给出仿真结果：
仿真得到72V 的输出电压和0.8A 的电流，如图：
（1）电路各节点电压、支路流图仿真结果；电压图：
电流图：
（2）V2与IO的相图（即V2为X坐标；IO为Y坐标），这里相图在此软件上不能调出，所以只能V2-t，IO-t放在一起对比:
（3）对V2与IO进行纹波分析；
通过MOS管的通断，和电感的对电流的作用，电压V2产生锯齿纹波，而二极管的通断是由占空比控制的，所以其为占空比为2/3的方波.
（4）改变R1，观察V2与IO的相图变化。

R1=200Ω
R1=500ΩR1=50Ω
可以发现，电阻不宜过大，最终趋于稳定时的值符合线性关系V2=R1*D’*IO
器件选用补充说明：
1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大).
2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十.
3 开关管（MOS管）,关键在这儿,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联.......
4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付.
5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以建议用土电路就够对付洋电路了.
以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证.
开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。

既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。

总结与体会
做过很多次各科的课程设计了，但是这次的课程设计给我的印象最深。

通过这次的课程设计，我发现了电力电子技术的重要性，它里面的器件如MOS FET 之类的还可以对我们实际的电路起到提高效率和保护作用，可以通过控制它的触发脉冲来实现它的关断，这都是非常常见但是却非常有实际意义的。

课程设计并没有想象中的那么顺利，其间我也遇到了很多的困难，但是在大家的讨论和老师的帮助下我们还是完成了，这让我意识到只要我们努力了，就没有攻不过的难关，而且，对于电力电子技术的思考，让我的逻辑思维能力大大提高，思维更加敏捷。

同时让我培养了一种透过部分联系全篇的思路，锻炼了我办事的能力，做事效率提高了很多。

一次次小小的课题设计，也可以折射到一次对人生的规划，课题的设计是我人生设计的一部分，为我人生的规划埋下了美好的种子。

我非常珍惜这次取得的成绩，我喜欢这种具有挑战性的课题设计。

这次的课题设计，我获益颇多，不仅让我了解了电力电子器件的功能，更精进了我对器件的理解和运用，让我深深喜欢上了这门学科。

设计虽然是辛苦的，但是获得的比我付出的更多。

在此也感谢老师对我们的指导。