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1、Boost升壓電路及MATLAB仿真
一、 設(shè)計要求
1.輸入電壓（VIN）:300V（+-20％）
2.輸出電壓（VO）:410V
3.輸出功率（PO）:10kw
4.電壓紋波：≤1％
5.開關(guān)頻率設(shè)置為10KHz
輸入電壓在240—360V范圍變化時，穩(wěn)態(tài)輸出能夠保持在410V。根據(jù)設(shè)計要求表明需要設(shè)計一個升壓電路即Boost電路。Boost電路又稱為升壓型電路,是一種開關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。其工作過程包括電路啟動時的瞬態(tài)工作過程和電路穩(wěn)定后的穩(wěn)態(tài)工作過程。
同時，也需設(shè)計一個閉環(huán)控制電路，當(dāng)輸入電壓變化時，能準(zhǔn)確的跟蹤電壓變化，改變PWM電
2、壓占空比，以穩(wěn)定輸出電壓。
二、主電路設(shè)計
圖1主電路
2.1 Boost電路的工作原理
Boost升壓電路電感的作用：是將電能和磁場能相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換器件，當(dāng)IGBT開關(guān)管閉合后，電感將電能轉(zhuǎn)換為磁場能儲存起來，當(dāng)IGBT斷開后電感將儲存的磁場能轉(zhuǎn)換為電場能，且這個能量在和輸入電源電壓疊加后通過二極管和電容的濾波后得到平滑的直流 電壓提供給負(fù)載，由于這個電壓是輸入電源電壓和電感的磁場能轉(zhuǎn)換為電能的疊加后形成的，所以輸出電壓高于輸入電壓，既升壓過程的完成。
Boost升壓電路的二極管主要起隔離作用，即在IGBT開關(guān)管閉合時，肖特基二極管的正極電壓比負(fù)極的電壓低，此時二極
3、管反向截止，使此電感的儲能過程不影響輸出端電容對負(fù)載的正常供電；因在IGBT管斷開時，兩種疊加后的能量通過二極向負(fù)載供電，此時二極管正向?qū)ǎ笃湔驂航翟叫≡胶?，盡量使更多的能量供給到負(fù)載端。閉合開關(guān)會引起通過電感的電流增加。打開開關(guān)會促使電流通過二極管流向輸出 電容因儲存來自電感的電流，多個開關(guān)周期以后輸出電容的電壓升高，結(jié)果輸出電壓高于輸入電壓。
接下來分兩部分對Boost電路作具體介紹即充電過程和放電過程。
充電過程
在充電過程中，開關(guān)閉合（開關(guān)管導(dǎo)通），等效電路如圖二，開關(guān)（三極管）處用導(dǎo)線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電
4、流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。
圖2 充電原理圖
放電過程
如圖，這是當(dāng)開關(guān)管斷開時的等效電路。當(dāng)開關(guān)管斷開時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。
圖3 放電原理圖
參數(shù)計算
1. 占空比計算
由上圖1、圖2可知電感電流連續(xù)時，根據(jù)開通和關(guān)斷期間儲能和釋能相等的原理可得：
其中D為占空比，有(1)
5、，(2)式可得故有，
所以 ，
2. 電感的設(shè)計
不妨設(shè)電感電流連續(xù)，最小負(fù)載電流
臨界負(fù)載電流，令 ，得L≥1.24mH，取L=1.5mH。
3. 負(fù)載電阻計算
由于輸出的電壓為410V，輸出功率為10kw，可得負(fù)載的電阻值為16.81歐姆即可滿足設(shè)計要求。
4. 紋波電容的計算
因需要電壓紋波≤0.01，則，得C≥0.493m?，取C=500μ?。
三、電路設(shè)計與仿真
3.1 開環(huán)boost電路仿真
圖4 開環(huán)電路圖
電壓、電流的仿真結(jié)果如下圖。
圖5 開環(huán)Boost電路電壓仿真結(jié)果
圖6 開環(huán)Boost電路電路仿真結(jié)果
3.2閉環(huán)Boost電路仿真
3.2.1主傳遞函數(shù)計算
僅考慮輸入電壓波動時?？捎晒?5)得到傳遞函數(shù)。
帶入數(shù)據(jù)得：
只需在前面的開環(huán)電路中加入傳遞函數(shù)即可，如下所示。
圖7 閉環(huán)電路圖
開環(huán)伯德圖如下：
圖8 開環(huán)函數(shù)伯德圖
閉環(huán)伯德圖如下：
圖9 閉環(huán)函數(shù)伯德圖
整個閉環(huán)電路圖可用如下一個邏輯方框圖表示：
圖10 電路邏輯方框圖
其仿真結(jié)果如下：
圖11 方框圖穩(wěn)定電壓輸出波形
四、仿真結(jié)果
最終的仿真結(jié)果為：
圖10電壓圖
圖11電流圖
BOOST電路設(shè)計及matlab仿真
