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 =（U0-E）I1toff （3-1） 化简得：

U0=T/toff E （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。

上式（3-2）中T/ toff 表示升压比，调节其大小，即可改变输出电压U0 大小，调节的方法与改变导通比α的方法类似。将升压比倒数记作β，即β= T/ toff ，则β与导通占空比α有如下关系

α+β=1 （3-3） 因此，式（3-2）中表示为 U0=1/βE =1/1-αE （3-4）

如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即 EI1=U0I0 （3-5）

该式表明，升压斩波电路也可看成是直流变压器。 根据电路结构并结合式（3-4）得出电流的平均值I0为 I0= U0 /R=1E/βR （3-6） 由式（3-5）即可得出电源电流I1为 I1= U0I0 /E=E/Rβ² （3-7） 3.2 计算过程

D=20%

L=(Ud D)/(△If)=32 mH C=(I0D)/(△Uf)=0.4uF

4．MATLAB的模型图及其MATLAB示波器的波形

4.1 Matlab的模型图如下：

4.2 采样波形如图所示：

(1)电感的电流采样波形：

(2)二极管电流采样波形：

(3)输出电压波形：

(4)PWM波形：

(5)通过开关的采样电流波形：

4.3 采样细节波形如图所示：

（1）电感的电流采样细节波形：

（2）二极管电流采样细节波形：

（3）输出电压细节波形：：

（4）PWM细节波形：

（5）通过开关的采样电流细节波形：

5．波形和参数实验

5.1 实验结果波形如下图所示：

5.2 试验参数如下：

E=40V,D=20%，L=0.4Uf,C=32mH,周期T=2e-6,停止时间t=0.01s。

6．小结

一周的电力电子实训结束了，通过这次实训真学到不少东西，不仅理论基础更加扎实了，对MATLAB软件的应用也更加熟悉。升压斩波电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解。Matlab在电力电子方面的仿真应用时，可以将电力电子电路输出效果图形化，形象直观，可以帮助我们对电路的理解。

7．参考文献

1黄俊,王兆安.电力电子变流技术（第3版）.北京：机械工业出版社 2黄俊,王兆安.电力电子技术（第4版）.北京：机械工业出版社 3陆治国.电源的计算机仿真技术.北京：北京科学出版社