BOOST电路设计及matlab仿真
基于MATLAB的Boost电路仿真
知识就堤力量—基于Matlab 的Boost电路仿真姓名:学号: 班级:知识就堤力量1、前言由于DC/DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。
在近几十年里，开关电源技术得到了长足的发展。
在很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源，Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。
在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。
近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子技术研究的有力工具。
Matlab语言的强大仿真功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。
本文对Boost变换器电路进行简单的介绍，采用Matlab来完成建模和仿真。
2、Boost电路的工作状态Boost变换器的电路结构如下图所示:iT. nBoost电路的结构⑻开关状态1 （S闭合）（b）开关状态2 （S关断）3、Matlab 仿真分析Matlab 是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和数 字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿真， 均可以得到精确的仿真结果。
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。
仿真图如下所示：电路工作原理：在电路中IGBT 导通时，电流由E 经升压电感L 和V 形成回路，电感L 储能; 当IGBT 关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而 在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断 IGBT 导通是，电容的放电 回路。
调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。
4-Vo |t\a «E MeJsnuramQ Stfi»RLC Ewnch HR ltd g e Sours I llc —— ScQpe(c)开关状态3 (电感电流为零)ScoptlVCurrent MeasurementDiodeKDT Cm rue nt Measuremehti C T古 * 知识就堤力量其负载侧输出电压的平均值为:t off 上式中T 为开关周期，•…为导通时间，总说-为关断时间在模型仿真中的参数设置：(1) 设置电源电压为200V ，电阻的阻值为5Q 。
基于Pid Fuzzy控制Boost电路的设计以及MATLAB仿真
用Pid Fuzzy控制Boost电路专业：电气工程学号：********姓名：11111111＿Boost升压电路的Pid及Fuzzy控制及仿真111111111摘要：随着现代科学技术的快速发展，电力电子技术在军事、工业、民用中都得到了广发的应用，尤其是依托于电力电子技术的开关电源更是突飞猛进；本文简单论述了用Pid Fuzzy控制Boost电路的方法，文中没有对信号模型的化简计算等做过于详尽的分析，主要是学会作为研究生遇到问题时，如何查找资料、整理思路解决问题，以及如何撰写论文，为以后的科学研究工作打下基础。
关键词：Boost；Fuzzy；Pid；升压电路一、作业目的1.学习Boost电路的基本原理，学习MATLAB在电力电子技术中的应用。
2.掌握Pid控制及其调节机理，了解Fuzzy控制器的设计过程及基本工作原理。
3.掌握解决问题的基本步骤以及如何撰写论文。
二、仿真电路要求指标1.输入电压Ui ：20V—95V；输出电压Uo：100V；满载输出电流Io=18A2.纹波：Vripple ≦1%Io=18A3.效率：Ui=75V时η≧954.负载切换时输出电压Uo 纹波要求：满载切半载、半载切1/10载时Vripple≦1%；满载切1/10载时Vripple≦5%5.自定义参数：开关频率f=100KHz三、参数计算、电路设计及仿真模拟1.参数计算1)电阻R的计算由输出电压Uo =100V，输出电流Io=18A得满载电阻R=OOUI=5.5562)电感L的计算由已知条件输入电压20V —95V ，输出电压U o =100V 得占空比：0.8~0.05D =Boost 升压电路的临界电感方程：2R =D -D T 2L （1） 对上式求导得1D=3处有最大值又0.05<D<0.8满足要求223R 5.5561=D -D T=-=4.1uH 22100L ⨯10（1）0.33（10.33） 考虑到电感预量取 L=10uH3) 电容C 的计算由o c o V D TQ U ==C RC∆∆得o c o I D T C=U ∆考虑到电流连续电流和占空比均取最大值 o c 3o I D T 180.8C===144uF U 10010⨯∆⨯ 考虑到电感预量取 C=500uF2. Boost 主电路及Pid 的设计1) 主电路图2-1图2-1 Boost 主电路拓扑上图中各器件均的内阻都很小，可以看成是理想器件2)Pid控制Boost电路拓扑[2]图2-2图2-2 Boost电路的Pid闭环控制系统模型3)Boost电路的Pid闭环控制系统传递函数整定图2-3VrefE（s） V（s）参考信号B（s）反馈信号 V o（s）图2-3 Boost电路的Pid闭环系统框图由上图得到传递函数的关系如下：C(s)G(s)E(s)=G(s)G(s)G(s)E(s)c m vd=(s)H(s)C(s)B=E(s)=R(s)-B(s)上式子中：vdG(s)：Boost电路开关MOSFET到书输出V O的传递函数G(s)m：PWM脉宽调制器的传递函数H(s)：反馈回路的传递函数G(s)c ：为补偿网络的传递函数G c（s）G m（s）G vd（s）H（s）4) 传递函数的计算以下参数整定参考徐德红的《电力电子建模及控制》一书中的第四章节（DC/DC 变换器反馈控制设计） i.H(s)：H(s)为反馈传递函数，Boost 的输出电压稳定在100V ，所以用100V 作为参考电压，计算式子为(s)100H(s)=1(s)100ref o V V == ii.G (s)m ：G (s)m 为脉宽调制波形的传递函数，本例中采用幅值为1m V v =的三角波作为脉宽调制信号，三角波的频率为100kHz11m V Vm== iii.G (s)vd ：所参考书目中，在不考虑电感电容电阻的情况下，即将Boost 主电路模型做小信号分析处理得到Boost 主电路由MOSFET 开关的输入到输出的传递函数为1in 2211(1s)V G (s)=(1)L LC R vd RC LCD s s -⨯-++ 式中：2(1D)LL =-R =OOU I =5.556Ω负载电阻的电阻值 C=500uF 输出电压滤波电容值100750.25100o m o V V D V --===（输入电压定位75V ） 将L R C D 带入公式中：6226910100.75 5.556920.7515.55650010 5.010(1s)75G (s)=5.010vd s s ---⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯⨯++104291.510 4.810360 1.12510s s s ⨯-⨯=++⨯3. Pid 控制器补偿函数G (s)c 的计算以及调节1) Boost 的伯德图分析将G (s)vd 104291.510 4.810360 1.12510ss s ⨯-⨯=++⨯输入MATLAB 得到校正前系统的Bode 图3-1图3-1 校正前系统Bode 图对于闭环系统的特征方程式(s)1G(s)H(s)0F =+=我们知道如果系统传递函数有极点在虚轴上或是在s 平面的右半边，则系统为不稳定系统，而特征方程式G(s)H(s)中包含了所有闭环极点的信息，因此可以通过分析G(s)H(s)的特征全面把握系统的稳定性，G(s)H(s)包含了从误差信号(s)E 到反馈信号B(s)之间回路中各个环节的全部传递函数，G(s)H(s)称为回路增益函数，(s)=G(s)H(s)(s)B E =反馈信号误差信号。
pid和fuzzy在boost中的应用与MATLAB仿真知识讲解
利用PID控制器和FUZZY控制器控制BOOST电路在MATLAB中的仿真一、仿真目的：1、学习使用MATLAB，并在MATLAB中建立电力电子仿真电路模型2、仿真BOOST的PID控制，调整参数，更深入理解PID控制3、仿真BOOST的FUZZY控制，并对FUZZY的工作原理和方式更好理解二、仿真指标：1、输入电压V in=5V±10%；2、输出电压V o=12V；3、纹波水平V ripple<70mV;4、输出功率Po=30W；5、效率η≥85%；6、超调σ<10%Vo；7、由半载切满载（或由满载切半载）的电压调整率小于10%；8、由空载切满载（或由满载切空载）的电压调整率小于15%；9、MOSFET的开关频率f s=100kHz.三、仿真步骤及结果：（一）PID控制BOOST的仿真1、BOOST主电路参数计算（1）BOOST主电路拓扑图1 BOOST 电路拓扑（2）电感的计算2(1)(1)2o L o oc V D D i Lf V D D I Lf-∆=-=则只要I oc ≤I o 则输出电流处于连续状态，则可得电感：23(1)120.1137 2.7330221001012o oc V D D L uH I f -⨯≥==⨯⨯⨯（3）输出滤波电容C 的计算370223.27010o o I DQ V mV C fCI DC uFf -∆∆==<>=⨯2、BOOST 闭环PID 的MATLAB 仿真（1）在Simulink 中搭建好BUCK 电路的仿真模型，使用开关器件是MOSFET ，其开关频率用100kHz ，电感电容分别由上述公式计算得到，电路临界电感为 2.3uH ，临界电容为223.2uF ，如图2所示。
图2 BOOST闭环PID模型（2）BOOST电路闭环PID参数的设计过程I、BOOST电路的PID闭环系统框图如图3所示。
图3 BOOST电路的PID闭环系统框图其中：G c(s)：补偿器的传递函数；G m(s) ：三角波的传递函数；G vd(s) ：BOOST主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数；H(s) ：反馈回路的传递函数；G vs (s) ：BOOST 主电路由输入V in 到输出V o 的传递函数；Z o ：负载阻抗 II 、各传递函数的表达式（1） 在MA TLAB 仿真中，直接把输出电压作为输出电压，所以反馈回路的传递函数为：12()112ref oV VH s V V=== （2） G m (s)：在MA TLAB 仿真模型中，选用的三角波幅值为1V ，频率为100kHz ，则：1()1m mG s V == （3） G vd (s)：由《精通开关电源》书中的介绍，在不考虑电路中电感电阻，和电容的内阻的情况下，BOOST 主电路由占空比输入到输出电压的传递函数可以表达为：221(1)()1(1)(1/)invd L s V LC RG s D s s RC LC-=⨯-++ 其中：2(1)LL D =-； R ：负载电阻阻值； C ：是输出滤波电容的容值；o inoV V D V -=； 将L=6uH,C=1mF,R=4.8,D=0.583带入G vd (s)公式中：55322363104281 1.72510(1)5 1.72510110 4.8()11(10.583) 4.81103101101.66710 5.99110208.333 3.3310vd s G s s s ss s ------⨯-⨯⨯⨯=⨯-++⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=++⨯ （4） 设计PID 补偿器的传递函数由上面得出的G vd (s)，在MATLAB 中绘出开环Bode 图如下图所示：图4 开环G vd 的Bode 图由Bode 图可以得出如下参数： [1]在相位180°时的幅值h 0=-29.1dB;[2]令校正后的截止频率f c =(1/5)fs=20kHz ，其幅值为M r =-9.511dB ； [3]截止频率时的相位015.3ϕ=-设PID 补偿器的传递函数为()(1)ic pd K G s K K s s=++ 则其频率响应为()(1)ip d K Gc j K K j j ωωω=++20lg ()20lg(arctan()ic d A K K K ωϕωω==-假设校正后的频率fc=1/5fs=20kHz在fc 处微分环节补偿M r 的裕度，即有等式：20lg()9.511p d K K Mr dB =-= （1）在180°处补偿器提供的h c 满足如下不等式：020lg(10c c h K h h dB=+≥且在180180tan180id K K ωω=-将上式进行化简可得等式：20lg (29.1)10p K dB dB +-≥ （2）补偿器要补偿的相角为4515.360.3c ϕ=+=5tan 60.32 1.25610/id c cc c K K f rad sωωωπ=-==⨯其中 （3）综上（1）、（2）和（3）式可解出K p 、K i 和K d 三个值：2890.1575.227103.31510p i dK K K -=⎧⎪=⨯⎨⎪=⨯⎩ 最后可求得校正器的传递函数为：285.2271090.157(1 3.31510)c G s s-⨯=++⨯III 、PID 闭环仿真1、MA TLAB 建立BOOST 的PID 闭环模型图如图5所示：图5 BOOST 的PID 闭环模型（1） 将上面算出的PID 参数带入模型中PID 控制器可得出如下输出波形：图6 满载R=4.8时的电压波形由波形可以看出几乎无超调，且纹波也很小，满载输出电压 4.811.98R V V ==纹波的细节图如下：图7 满载R=4.8时的电压纹波由图可以观察到其纹波大致在70mV左右，满足指标要求。
Boost变换器的设计与仿真
目录摘要 (3)第一章绪论 (4)1. 1研究背景 (4)1.2 boost变换器的国外研究现状 (6)1.3 Boost变换器的国内现状 (7)1.4 基于PID对Boost变换器的研究现状 (8)1.5与Boost变换器的控制方法 (10)1.6本文内容安排 (11)第二章DC-DC变换器基础 (11)引言 (11)2.1 Boost变换器的基本原理 (12)2.2 Boost变换器在CCM模式下的工作原理 (13)2.3 Boost变换器在DCM模式下的工作原理 (16)2.4 Boost变换器在CCM/DCM的临界条件 (18)2.5 PID控制的原理与分析 (19)2.6 本章小结 (21)第三章 Boost变换器设计 (23)引言 (23)3.1 Boost变换器性能指标 (23)3.2 Boost电路的参数设计 (23)第四章 Boost变换器的仿真及分析 (28)引言 (28)4.1 建立Boost变换器的仿真模型 (28)4.2 仿真结果 (28)4.3 本章小结 (31)第五章总结与展望 (32)致谢 (33)参考文献 (34)摘要科技在不断地发展，人们的生活水平也在不断地提高，人们的生活已经离不开电子产品。
所以对电源的性能要求也是越来越高。
但是能源危机也时日益严重。
为了解决这一问题，可再生的能源正在不断地发展与利用。
但是，在可以再生的能源中，输出的电压一般都会比较低，大约在20V-50V之间。
而我们用的电压则时在220V左右。
为了解决这一问题，就不得不用到升压变换器。
因此，对Boost 变换器的设计与分析是必不可少的。
本文主要是基于线性PID控制来进行对Boost DC-DC变换器的分析与设计。
通过设计Boost电路的参数，以及对PID的参数进行整定，并用MATLAB进行系统仿真。
从而验证PID控制对Boost变换器设计的可行性。
关键词： Boost变换器， PID控制， MATLAB仿真AbstractWith the continuous development of science and technology, people's living standards are also constantly improving, people's lives have been inseparable from electronic products. Therefore, the performance requirements of power supply are also getting higher and higher. But the energy crisis is getting worse. In order to solve this problem, renewable energy is constantly developing and utilizing. However, in renewable energy sources, the output voltage is generally low, about 20V-50V. The voltage we use is about 220V. In order to solve this problem, boost converter has to be used. Therefore, the design and analysis of Boost converter is indispensable.This paper mainly analyses and designs Boost DC-DC converter based on linear PID control. By designing the parameters of Boost circuit and setting the parameters of PID, the system simulation is carried out with MATLAB. The feasibility of the design of Boost converter based on PID control is verified.Key words: Boost converter, PID control, MATLAB simulation第一章绪论1. 1研究背景现如今，中国经济正在不断蓬勃发展，人们的生活质量与日俱增，在此背景下，多样化科学技术应运而生，使得各种不可再生资源的消耗急剧的增加，关于环境问题日益严重。
BOOST电路设计与仿真
BOOST电路设计与仿真BOOST电路是一种直流-直流升压电路，可以将低电压输入转换为高电压输出，被广泛应用于各种电子设备和电源系统中。
BOOST电路的设计与仿真是保证电路性能稳定和有效工作的重要步骤。
本文将介绍BOOST电路的设计原理和流程，并讨论BOOST电路的仿真方法和应用。
BOOST电路的设计原理基于电感储能和开关管的开关控制。
BOOST电路通常由开关管、电感、电容和负载组成。
当开关管导通时，电感储能；当开关管关断时，电感释放储能。
通过周期性的开关控制，可以实现输入电压的升压转换。
1.确定BOOST电路的输入输出要求。
根据实际应用需求，确定输入电压、输出电压和负载电流等参数。
2.选择开关管和电感。
根据输入输出要求和开关频率，选择合适的开关管和电感。
3.计算电容。
根据输出电压波动和负载要求，计算所需的输出电容。
4.设计反馈控制。
BOOST电路通常采用反馈控制来实现稳定的输出电压。
根据输入输出要求和稳定性要求，设计反馈控制电路。
5.仿真和优化。
使用仿真软件对BOOST电路进行模拟仿真，优化电路参数和控制策略，以达到设计要求。
在时间域仿真中，可以通过建立电路模型和开关控制器模型，对BOOST电路进行系统级仿真。
通过输入电压和负载电流变化，分析输出电压和效率等指标，验证电路性能。
在频域仿真中，可以通过建立开关模型和电感电容模型，对BOOST电路进行精确的频率响应分析。
通过频率响应曲线，可以评估BOOST电路的稳定性、带宽和损耗等指标。
除了仿真，BOOST电路的设计还需要考虑一些其他因素，如电路拓扑、器件选择和布局等。
这些因素都会影响电路的性能和可靠性。
最后，BOOST电路在各种电子设备和电源系统中有广泛应用，例如便携式电子设备、通信设备和工业控制系统等。
通过合理的设计与仿真，可以确保BOOST电路的稳定性和高效性，提高整个系统的性能。
BOOST电路设计和matlab仿真
Boost升压电路及MATLAB仿真一、设计要求1.输入电压（VIN）:12V2.输出电压（VO）：18V3.输出电流（IN）:5A4.电压纹波：0.1V5.开关频率设置为50KHz需设计一个闭环控制电路，输入电压在10—14V或负载电流在2—5A范围变化时，稳态输出能够保持在18V 。
根据设计要求很显然是要设计一个升压电路即Boost电路。
Boost电路又称为升压型电路,是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。
其工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和电路稳定后的稳态工作过程。
二、主电路设计图1主电路2.1 Boost电路的工作原理Boost升压电路电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。
Boost升压电路的肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极的电压低，此时二极管反向截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。
闭合开关会引起通过电感的电流增加。
打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。
接下来分两部分对Boost电路作具体介绍即充电过程和放电过程。
充电过程在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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。
BOOST电路设计及仿真
目录一. Boost主电路设计： (2)1.1占空比D计算 (2)1.2临界电感L计算 (2)1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） (2)1.4输出电阻阻值 (2)二. Boost变换器开环分析 (2)2.1 PSIM仿真 (2)2.2 Matlab仿真频域特性 (2)三. Boost闭环控制设计 (2)3.1闭环控制原理 (2)3.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (2)3.3 计算补偿网络的参数 (2)四．修正后电路PSIM仿真 (2)五．设计体会 (2)Boost变换器性能指标:输入电压：标准直流电压Vin=48V输出电压：直流电压Vo=220V 参考电压Vref=5V输出功率：Pout=5Kw输出电压纹波：Vpp=2.2V Vm=4V电流纹波：0.25A开关频率：fs=100kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一. Boost主电路设计：1.1占空比D计算根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化围。
1.2临界电感L计算选取L>Lc，在此选L=4uH1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）选取C>Cc，在此选C=100uF1.4输出电阻阻值Boost主电路传递函数Gvd（s）占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为：二. Boost变换器开环分析2.1 PSIM仿真电压仿真波形如下图电压稳定时间大约1.5毫秒，稳定在220V左右电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为2.2V电流仿真波形如下图电流稳定时间大约2毫秒，稳定在22A左右电流稳定后的纹波如下图2.2 Matlab仿真频域特性设定参考电压为5V，则，系统的开环传递函数为,其中，由上图可得，Gvd(s)的低频增益为-60dB，截止频率fc=196KHz，相位裕度--84.4，相位裕度过小，高频段是-20dB/dec。
系统不稳定，需要加控制电路调整。
pid和fuzzy在boost中的应用与MATLAB仿真
利用PID控制器和FUZZY控制器控制BOOST电路在MATLAB中的仿真一、仿真目的：1、学习使用MATLAB，并在MATLAB中建立电力电子仿真电路模型2、仿真BOOST的PID控制，调整参数，更深入理解PID控制3、仿真BOOST的FUZZY控制，并对FUZZY的工作原理和方式更好理解二、仿真指标：1、输入电压V in=5V±10%；2、输出电压V o=12V；3、纹波水平V ripple<70mV;4、输出功率Po=30W；5、效率η≥85%；6、超调σ<10%Vo；7、由半载切满载（或由满载切半载）的电压调整率小于10%；8、由空载切满载（或由满载切空载）的电压调整率小于15%；9、MOSFET的开关频率f s=100kHz.三、仿真步骤及结果：（一）PID控制BOOST的仿真1、BOOST主电路参数计算（1）BOOST主电路拓扑图1 BOOST 电路拓扑（2）电感的计算2(1)(1)2o L o oc V D D i Lf V D D I Lf-∆=-=则只要I oc ≤I o 则输出电流处于连续状态，则可得电感：23(1)120.1137 2.7330221001012o oc V D D L uH I f -⨯≥==⨯⨯⨯（3）输出滤波电容C 的计算370223.27010o o I DQ V mV C fCI DC uFf -∆∆==<>=⨯2、BOOST 闭环PID 的MATLAB 仿真（1）在Simulink 中搭建好BUCK 电路的仿真模型，使用开关器件是MOSFET ，其开关频率用100kHz ，电感电容分别由上述公式计算得到，电路临界电感为 2.3uH ，临界电容为223.2uF ，如图2所示。
图2 BOOST闭环PID模型（2）BOOST电路闭环PID参数的设计过程I、BOOST电路的PID闭环系统框图如图3所示。
图3 BOOST电路的PID闭环系统框图其中：G c(s)：补偿器的传递函数；G m(s) ：三角波的传递函数；G vd(s) ：BOOST主电路由MOSFET的输入到输出的传递函数；H(s) ：反馈回路的传递函数；G vs (s) ：BOOST 主电路由输入V in 到输出V o 的传递函数；Z o ：负载阻抗 II 、各传递函数的表达式（1） 在MA TLAB 仿真中，直接把输出电压作为输出电压，所以反馈回路的传递函数为：12()112ref oV VH s V V=== （2） G m (s)：在MA TLAB 仿真模型中，选用的三角波幅值为1V ，频率为100kHz ，则：1()1m mG s V == （3） G vd (s)：由《精通开关电源》书中的介绍，在不考虑电路中电感电阻，和电容的内阻的情况下，BOOST 主电路由占空比输入到输出电压的传递函数可以表达为：221(1)()1(1)(1/)invd L s V LC RG s D s s RC LC-=⨯-++ 其中：2(1)LL D =-； R ：负载电阻阻值； C ：是输出滤波电容的容值；o inoV V D V -=； 将L=6uH,C=1mF,R=4.8,D=0.583带入G vd (s)公式中：5 5322363104281 1.72510(1)5 1.72510110 4.8()11(10.583)4.81103101101.66710 5.99110208.333 3.3310vdsG ss sss s------⨯-⨯⨯⨯=⨯-++⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=++⨯（4）设计PID补偿器的传递函数由上面得出的G vd(s)，在MATLAB中绘出开环Bode图如下图所示：图4 开环G vd的Bode图由Bode图可以得出如下参数：[1]在相位180°时的幅值h0=-29.1dB;[2]令校正后的截止频率f c=(1/5)fs=20kHz，其幅值为M r=-9.511dB；[3]截止频率时的相位15.3ϕ=-o设PID补偿器的传递函数为()(1)ic p dKG s K K ss=++则其频率响应为()(1)ip dKGc j K K jjωωω=++20lg ()20lg(arctan()ic d A K K K ωϕωω==-假设校正后的频率fc=1/5fs=20kHz在fc 处微分环节补偿M r 的裕度，即有等式：20lg()9.511p d K K Mr dB =-= （1）在180°处补偿器提供的h c 满足如下不等式：020lg(10c c h K h h dB=+≥且在180180tan180id K K ωω=-o将上式进行化简可得等式：20lg (29.1)10p K dB dB +-≥ （2）补偿器要补偿的相角为4515.360.3c ϕ=+=o o o5tan 60.32 1.25610/id c cc c K K f rad sωωωπ=-==⨯o 其中 （3）综上（1）、（2）和（3）式可解出K p 、K i 和K d 三个值：2890.1575.227103.31510p i dK K K -=⎧⎪=⨯⎨⎪=⨯⎩ 最后可求得校正器的传递函数为：285.2271090.157(1 3.31510)c G s s-⨯=++⨯III 、PID 闭环仿真1、MA TLAB 建立BOOST 的PID 闭环模型图如图5所示：图5 BOOST 的PID 闭环模型（1） 将上面算出的PID 参数带入模型中PID 控制器可得出如下输出波形：图6 满载R=4.8时的电压波形由波形可以看出几乎无超调，且纹波也很小，满载输出电压 4.811.98R V V ==纹波的细节图如下：图7 满载R=4.8时的电压纹波由图可以观察到其纹波大致在70mV左右，满足指标要求。
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I1,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U0.设V通态时间为ton,此阶段L积蓄能量为 E I1ton。
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toff,则这期间电感L释放能量为（U0-E）I1toff一周期T中，电感L积蓄的能量和释放的能量相等，即EI1ton=（U-E）I1toff（3-1）化简得：U0=T/toffE （3-2）式（3-2）中的T/ toff≥1，输出电压高于电源电压，故称改电路为升压斩波电路。
有的文献中直接采用其英文名称，称之为BOOST变换器。
基于Matlab的Boost电路仿真分析及其试验研究
图*
空间状态平均法的 "##$% 变换器仿真模型
*+,+& 电路分析法 电路 分 析 法 就 是 对 "##$% 电 路 的 开 通 和 关 断 （如图 & 所示）的两个阶段分别应用电路理论，对 节点应用节点电流分析，对回路采用回路电压分析
图& "##$% 电路的拓扑电路
（)）( 关断
（ ’） ( 开通
《电工技术杂志》!""# 年第 $" 期
・电力电子 ・
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
基于 !"#$"% 的 &’’(# 电路仿真分析及其试验研究
胡 兵
!""##$） （同济大学电气工程系 摘 要
对 %&&’( 电路的开关过程进行了详细的分析，应用 )*(+*, 的三种分析方法分别进行 了仿真，结果一致且与理论相符。最后应用 -.#/.!/01) 调 制 芯 片 研 制 一 套 输 入 2"3、输 出 #""3 的 !4/51 的样机进行了试验研究。 关键词 %&&’( 变换器 )*(+*, 仿真 -.#/.!/ 01) 用户文件可以作为 )*(+*, 的库函数来调用，因而用 户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函 数。另外，为了充分地利用 <&=(=*>、 . 语言的现有 资源，通过建立 )?@ 文件的形式混合编程，可方 便地调用有关的 <&=(=*>、 . 语言的子程序。 （#） )*(+*, 中提供了系统模型图形输入与仿真 工具— — — ABC9+B>5。 （D）大量的 )*(+*, 配套工具箱和友好操作界面 图形和可视化功能是现代应用软件发展的主要方 向。)*(+*, 中的 ABC9+B>5 给科研人员提供了用自己 擅长的 .86 方法 来 实 现 系 统 的 仿 真 工 作。 )*(+*, 提供了大量有用的工具箱。同时它允许用户自己开 发特定用途的工具箱。
基于MATLAB buck-boost电路仿真
基于Matlab/Simulink Buck-Boost 电路仿真1. Buck-Boost 电路原理Buck-Boost 电路可以输出电压Vo 高于或低于输入电压Vin 的直流斩波电路（图1）。
电感Lf 位于电路中间，输出电压Vo 与输入电压Vin 极性相反，二极管与Buck 和Boost 电路不同，反向串接。
图1 Buck-Boost 电路当开关Q 在0时导通，电路等效于图2。
电源电压Vin 加在电感Lf 两端，电感电流呈线性增长，二极管D 反向截止，负载电流由电容提供。
t0时电流达到最大值，这时关断Q ，电路等效于图3，电感Lf 接入负载端，在0~t0储能转化为负载供电功率，并给电容Cf 充电，电感电流开始下降，下降到t1时达到最小值，这时再开通开关Q ，到达下个开关周期。
图 2开关Q 导通图 3 开关Q 关断如此往复，即可实现电感能量向电容的传递，并实现电压变换。
开通时间t0与周期t1的比值为占空比D 。
由能量守恒可得：)1(D V D V O in -=，输出电压)1(D DV V in o -=，可知调节D 的值可以改变输出电压Vo 的值。
2. 模型构建过程根据Buck-Boost 电路原理，在MATLAB （Simulink ）中建立仿真模型（如图4），输入端直接接入直流恒压源（DC Voltage Source ），开关器件Q 选择IGBT （参数默认）,由脉冲触发器（Pulse Generator ）控制，理想电感、电容和电阻各一个，电力二极管一个（Diode 参数默认），以及用于观察波形的示波器（scope ）和信号接口（Voltage Measurement 和Current Measurement ）。
Powergui 模块，特别注意其Simulation type 的设置；添加4个display 对输出电压、电流、电感电压和电流的平均值进行测量，方便电路的分析检验。
别忘输入端负极接地。
完整word版,BOOST电路设计及matlab仿真
Boost升压电路及MATLAB仿真1. 输入电压（VIN）:12V2. 输出电压（VO）：18V3. 输出电流（IN）:5A4. 电压纹波：0.1V5. 开关频率设置为50KHz 需设计一个闭环控制电路，输入电压在10—14V或负载电流在2—5A 范围变化时，稳态输出能够保持在18V 。
根据设计要求很显然是要设计一个升压电路即Boost电路。
Boost 电路又称为升压型电路,是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。
其工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和电路稳定后的稳态工作过程。
、主电路设计图 1 主电路2.1 Boost 电路的工作原理Boost升压电路电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS 断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。
Boost 升压电路的肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS 开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极的电压低，此时二极管反向截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS 管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。
闭合开关会引起通过电感的电流增加。
打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。
设计要求接下来分两部分对 Boost 电路作具体介绍即充电过程和放电过程。
充电过程在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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。
BOOST电路设计与仿真
目录一. Boost主电路设计： (2)1.1占空比D计算 (2)1.2临界电感L计算 (2)1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） (2)1.4输出电阻阻值 (2)二. Boost变换器开环分析 (3)2.1 PSIM仿真 (3)2.2 Matlab仿真频域特性 (3)三. Boost闭环控制设计 (3)3.1闭环控制原理 (3)3.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (3)3.3 计算补偿网络的参数 (4)四．修正后电路PSIM仿真 (5)五．设计体会 (5)Boost变换器性能指标:输入电压：标准直流电压Vin=48V输出电压：直流电压Vo=220V 参考电压Vref=5V输出功率：Pout=5Kw输出电压纹波：Vpp=2.2V Vm=4V电流纹波：0.25A开关频率：fs=100kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一. Boost主电路设计：1.1占空比D计算根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化范围。
1.2临界电感L计算选取L>Lc，在此选L=4uH1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）选取C>Cc，在此选C=100uF1.4输出电阻阻值Boost主电路传递函数Gvd（s）占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为：二. Boost变换器开环分析2.1 PSIM仿真电压仿真波形如下图电压稳定时间大约1.5毫秒，稳定在220V左右电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为2.2V电流仿真波形如下图电流稳定时间大约2毫秒，稳定在22A左右电流稳定后的纹波如下图2.2 Matlab仿真频域特性设定参考电压为5V，则，系统的开环传递函数为,其中，由上图可得，Gvd(s)的低频增益为-60dB，截止频率fc=196KHz，相位裕度--84.4，相位裕度过小，高频段是-20dB/dec。
系统不稳定，需要加控制电路调整。
BOOST电路的设计与仿真
BOOST电路的设计与仿真首先，需要选择BOOST电路的参数。
在设计过程中，需要确定输出电压、输出电流、输入电压范围以及负载变化范围。
这些参数将直接影响到BOOST电路的工作状态和整体性能。
接下来，选择合适的开关元件。
BOOST电路通常使用MOSFET作为开关元件，因为MOSFET具有低导通电阻和高开关速度等优点。
在选择MOSFET时，需要考虑其导通电阻、额定电压和电流能力。
同时还需要考虑开关频率和功率损失等因素。
然后，进行电感的选择。
电感是BOOST电路中一个重要的元件，起到储能和滤波的作用。
选择电感时，需要考虑其感值、电流能力和电阻等参数。
一般情况下，感值越高，效率越高，但体积和成本也会相应增加。
同时，选择合适的电容。
电容在BOOST电路中起到滤波和电荷储存的作用。
选取电容时，需要考虑其额定电压、电容值和ESR等参数。
电容的选择对BOOST电路的稳定性和纹波大小等指标有着重要影响。
最后，进行BOOST电路的仿真。
可以使用电路仿真软件（如PSPICE、Multisim等）进行BOOST电路的仿真分析。
通过仿真，可以验证电路设计的正确性、性能参数的满足程度，以及优化设计方案。
在仿真过程中，应该考虑输入电压变化、负载变化和开关频率等因素，以评估BOOST电路的稳定性、效率和纹波等性能指标。
需要注意的是，设计和仿真过程可能需要多次迭代调整，以达到所需的设计目标。
此外，BOOST电路的稳压控制等高级功能也需要在设计和仿真中进行考虑。
总之，BOOST电路的设计与仿真需要进行参数选择、元件选择、仿真分析等多个方面的工作。
通过合理的设计和仿真分析，可以得到满足设计要求的BOOST电路方案。
Boost电路设计与仿真
2012下学期电力电子电路设计与仿真Boost电路设计与仿真一、设计要求：设计Boost电路，使其输入电压为40V。
输出电压为150V±3V，输出功率150w，选取输出电阻150Ω。
二、设计目的：1、通过对Boost 电路的设计，掌握Boost电路的工作原理，综运用所学知识，进行Boost电路和系统设计的能力。
2、根据给定指标，设计BOOST电路参数。
3、利用MATLAB仿真软件，做出MATLAB模型图及其MATLAB示波器的波形。
三、设计方案和电路图：（1）BOOST电路图：图（1）Boost电路原理图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。
当开关管处于通态时，电源E 向电感L 充电，充电电流基本恒定为i L ,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.设开关管通态时间为t on ,此阶段L 积蓄能量为 E i L t on 。
当开关管处于断态时E 和L 共同向C 充电，并向负载R 提供能量。
设开关管处于断态时间为t off ,则这期间电感L 释放能量为（U 0-E ）i L t off .一周期T 中，电感L 积蓄的能量和释放的能量相等，即 E i L t on =（U 0-E ）i L t off 化简得： U 0=T/ t off E（2）参数计算 （a ）占空比计算U 0=T/ t off E……………………………………………………………………………○1 U 0=150U ，E=60U ………………………………………………………………………○2 由○1，○2有D=60% （b ）电感参数计算电感的选取应满足公式L=)221(D D ITU S-……………………………………○3 其中L 为电感值，U 0为输出电压，I 0为输出电流，由输出功率150w ，输出电压150v ，可得输出电流A I 10=，T S 为开关管工作周期，开关频率越高，电感器的值就可以越小，体积就可以越小，但开关频率高了会加重开关管的负担，这理选开关频率为100kHzV V Di (min)0(max)min1-==0.58=TS105-L=7758.01(58.0*1*2*150)1025=--μH实际电路中L=1.5*L=116μH 这里选取150μH（c ）电容参数计算电容的选取应满足公式VI T D os C ∆=0max…………………………………………○4 式中V 0∆为纹波电压62.01556011maxminmax=-=-=VV Do iC=11**62.0105-=6μF电容取得大滤波效果越好，这里取C=10μf（d ）开关管的选择输入端电流Ii有公式IV I V ii**=所以输入电流为2.5A ，开关管导通和关断时的尖峰电流应大于此值，开关管导通时的允许电流应为此值的两倍，即≥Ip5A ，开关管的耐压值应为输出电压和二级管电压之和即150.7v ，开关管关断时漏源极电压为此值的两倍即300v 。
电力电子电路仿真作业·BOOST电路
电力电子电路仿真作业班级：16级应电x 班学号：1601030300xx姓名：xx仿真作业：1．利用MATLAB/Simulink中的“Interpreted MATLAB Function”或“MATLAB Function”函数调用模块，编写一个周期性方波脉冲信号发生器。
要求：输出信号的周期、占空比和延迟时间均可调，输出高电平为1V，低电平为0V。
2．对编写好的函数进行模块封装，将输出信号的周期、占空比和延迟时间等可调参数放入封装对话框。
3．设置周期性方波脉冲信号发生器参数，使其输出一个开关频率为10kHz，占空比为0.4的驱动脉冲信号，在示波器中显示所输出的波形。
4．利用MATLAB/Simulink搭建BOOST电路模型，要求输入电压为50V，输出电压为100V，带纯阻性负载，输出功率在100W—1000W之间任选，电流纹波系数自定；开关管选用IGBT或MOSFET均可，开关管驱动信号由上面通过MATLAB 函数编写的周期性方波脉冲信号发生器产生，开关频率自选。
5．明确设计要求，设计电路元件参数，通过示波器观察负载电压、负载电流、开关管两端承受的电压以及驱动脉冲波形，分析仿真结果。
11编写的周期性方波脉冲信号程序我用“MATLAB Function”函数调用模块，编写了一个周期性方波脉冲信号发生器：2描述模块封装过程，给出封装编辑器设计界面图和最终的模块封装对话框2.1模块封装过程描述①选中该子系统包含的所有模块，右击，选择“Create Subsystem from selection”②将子系统中需要在封装对话框中显示的可调节参数，设定为可变参量③在该子系统模块上右击，可弹出“Mask”选项，选择“Create Mask”④在封装编辑器内进行必要的设置（见下图）⑤点击“OK”按钮2.2封装编辑器设计界面232.3 最终的模块封装对话框3 给出开关频率为10kHz ，占空比为0.4的驱动脉冲信号的参数设置对话框，说明所采用的仿真参数（算法和步长设置），对示波器输出的脉冲波形进行一定的处理（保持波形的正确性，同时波形要美观整洁），并进行简要分析3.1参数设置对话框上图已包含，请参见上图。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Boost升压电路及MATLAB仿真
一、设计要求
1.输入电压（VIN）:300V（+-20％）
2.输出电压（VO）:410V
3.输出功率（PO）:10kw
4.电压纹波：≤1％
5.开关频率设置为10KHz
输入电压在240—360V范围变化时，稳态输出能够保持在410V。
根据设计要求表明需要设计一个升压电路即Boost电路。
Boost电路又称为升压型电路,是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。
其工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和电路稳定后的稳态工作过程。
同时，也需设计一个闭环控制电路，当输入电压变化时，能准确的跟踪电压变化，改变PWM 电压占空比，以稳定输出电压。
二、主电路设计
图1主电路
2.1 Boost电路的工作原理
Boost升压电路电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当IGBT开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当IGBT断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。
Boost升压电路的二极管主要起隔离作用，即在IGBT开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极的电压低，此时二极管反向截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在IGBT管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。
闭合开关会引起通过电感的电流增加。
打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。
接下来分两部分对Boost电路作具体介绍即充电过程和放电过程。
充电过程
在充电过程中，开关闭合（开关管导通），等效电路如图二，开关（三极管）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。
图2 充电原理图
放电过程
如图，这是当开关管断开时的等效电路。
当开关管断开时，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。
图3 放电原理图
参数计算
1. 占空比计算
由上图1、图2可知电感电流连续时，根据开通和关断期间储能和释能相等的原理
可得：
()(1)
(2)
s L on o in L off
on
V I t V V I t t D T
=-=
其中D 为占空比，有(1)，(2)式可得故有1s
o
V D V =-
， 所以max 24010.415410D =-= ，min 360
10.122410
D =-= 2.
电感的设计
不妨设电感电流连续，最小负载电流min 0.10.1
2.44N
o N N
P I I A V ===
临界负载电流2(1)2O
OB s
V I D D Lf =
-，令min o OB I I ≥ ，得L≥1.24mH ，取L=1.5mH 。
3. 负载电阻计算
由于输出的电压为410V ，输出功率为10kw ，可得负载的电阻值为16.81欧姆即可满足设计要求。
4. 纹波电容的计算
因需要电压纹波≤0.01，则
11
0.01o o s V D V f RC
∆=≤，得C≥0.493m Ϝ，取C=500μϜ。
三、电路设计与仿真
3.1 开环boost 电路仿真
图4 开环电路图
电压、电流的仿真结果如下图。
图5 开环Boost 电路电压仿真结果
图6 开环Boost 电路电路仿真结果
3.2闭环Boost 电路仿真
3.2.1主传递函数计算
仅考虑输入电压波动时。
可由公式(5)得到传递函数。
2()022
'(1)'()|(5)()'g
O c
V s sL
D V V D R
g s L d s LCs s D R
=-
=
=
++
带入数据得：
2
()0223824'(1)'()|()'5.410108
5.4102104
g O c
V s sL
D V V D R
g s L d s LCs s D R
s s s =----
=
=
++-⨯+=-
⨯+⨯+ 只需在前面的开环电路中加入传递函数即可，如下所示。
图7 闭环电路图
开环伯德图如下：
图8 开环函数伯德图闭环伯德图如下：
图9 闭环函数伯德图整个闭环电路图可用如下一个逻辑方框图表示：
图10 电路逻辑方框图其仿真结果如下：
图11 方框图稳定电压输出波形四、仿真结果
最终的仿真结果为：
图10电压图
图11电流图。