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。