电力电子课程设计Boost变换器
buck-boost课程设计
湖南工程学院课程设计课程名称电力电子技术课程设计课题名称Buck-Boost变换器设计专业班级学号姓名指导教师2013 年月日湖南工程学院课程设计任务书课程名称电力电子技术课程设计课题Buck-Boost变换器设计专业班级学生姓名学号指导老师审批任务书下达日期2013年月日任务完成日期2013年月日目录第一章概述 (6)第二章Buck-Boost变换器设计总体思路 (7)2.1电路总设计思路 (7)2.2电路设计原理与框图 (7)第三章Buck-Boost主电路设计 (8)3.1 Buck-Boost主电路基本工作原理 (8)3.2主电路保护（过电压保护） (10)3.3 Buck-boost变换器元件参数 (11)3.3.1 占空比 (11)3.3.2滤波电感L (11)3.3.3滤波电容 (11)3.4 Buck-Boost仿真电路及结果 (12)3.4.1 Buck-Boost变换器仿真模型 (12)3.4.2不同占空比 的仿真结果 (13)第四章控制和驱动电路模块 (17)4.1SG3525脉冲调制器控制电路 (17)4.1.1 SG3525简介 (17)4.1.2 SG3525内部结构和工作特性 (17)4.2SG3525构成控制电路单元电路图 (20)4.3驱动电路设计 (20)第五章总体与体会 (21)第六章参考文献 (22)第七章附录 (23)第一章概述自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。
随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。
近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。
第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。
与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。
目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。
Boost变换器
Boost变换器
Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。
1.线路组成
线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压V s升压到V o的功能。
图１
2.工作原理
当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流i L流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。
此时，电容C放电，R上流过电流I o，R两端为输出电压V o，极性上正下负。
由于开关管导通，二极管阳极接V s负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。
开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持i L不变。
这样线圈L磁能转化成的电压V L与电源V s串联，以高于V o电压向电容C、负载R供电。
高于V o时，电容有充电电流；等于V o时，充电电流为零；当V o有降压趋势时，电容向负载R放电，维持V o不变。
图２Boost变换器电路工作过程
由于V L+V s向负载R供电时，V o高于V s，故称它为升压变换器。
工作中输入电流i s=i L是连续的。
但流经二极管D1电流确实脉动的。
由于有C的存在，负载R上仍有稳定、连续的负载电流I o。
Boost变换器工作原理与设计
选择磁芯材料
根据工作频率和电感值， 选择合适的磁芯材料，以 确保电感的性能和效率。
确定线圈匝数
根据电感值、线圈直径和 磁芯材料，计算线圈匝数， 以获得所需的电感性能。
二极管选择
1 2
选择合适的二极管类型
根据工作电压、电流和开关频率，选择合适的二 极管类型。
确定额定电流和电压
根据最大输出电流和电压，选择二极管的额定电 流和电压。
重要性
Boost变换器在许多应用中都非 常重要，如分布式电源系统、电 动汽车和可再生能源系统等。
Boost变换器的历史与发展
历史
Boost变换器最初在20世纪80年代 被提出，随着电力电子技术和控制理 论的不断发展，其性能和效率得到了 不断提高。
发展
目前，Boost变换器已经广泛应用于 各种领域，并且随着新能源和电动汽 车的快速发展，其需求和应用前景仍 然非常广阔。
当开关管关断时，电感释放所 储存的能量，通过二极管和输 出电容向负载提供电流，同时 输出电压逐渐升高。
通过控制开关管的通断时间， 可以调节输出电压的大小。
电感的作用
电感在开关管导通时 储存能量，在开关管 关断时释放能量。
电感的值决定了输出 电压的大小和开关频 率。
电感的作用是调节电 流和维持输出电压的 稳定。
小型化
随着电子设备的小型化和集成化，减小Boost变换器的体积成为 未来的重要发展方向。
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，实现Boost变换器的智能化 控制和远程监控成为未来的重要发展方向。
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02
Boost变换器的工作原理
工作原理概述
Boost变换器是一种DC-DC转换 器，用于提高直流电压。
BOOST电路方案设计
BOOST电路方案设计1.引言BOOST电路是一种非隔离型DC-DC转换器，它通过开关元件（通常是MOSFET）周期性地开启和关闭来控制电压的升降。
BOOST电路通常应用于需要较高电压的应用，如LCD驱动、LED照明和无线充电等。
2.基本构成BOOST电路由四个主要组成部分组成：输入电感（inductor）、开关元件（switch）、输出电容（output capacitor）和负载电阻（load resistor）。
输入电感用于储存能量，开关元件用于控制能量的输送，输出电容用于稳定输出电压，而负载电阻则是输出电压的负载。
3.工作原理当开关元件关闭时，输入电感会储存电能。
当开关元件开启时，输入电感会释放电能，输出电容会通过负载电阻释放电能。
通过周期性的开关操作，电路可以将输入电压升压至所需的输出电压。
4.参数选择设计BOOST电路时，需要选择合适的组件参数以满足设计需求。
以下是一些常见参数及其选择方法：-输入电感：选择合适的电感值可以平衡能量转移的速度和电流波动的大小。
较大的电感值可以减小电流波动，但会增加开关元件的压力。
较小的电感值则会增加电流波动，但可以提高转换效率。
-开关元件：开关元件通常选用MOSFET，选择合适的MOSFET可以确保开关过程的效率和可靠性。
应根据输入电压、输出电压、负载电流和开关频率等参数来选择适当的MOSFET。
-输出电容：输出电容用于平滑输出电压，防止输出电压波动。
电容的选择应根据输出电流和输出电压的需求来确定。
-负载电阻：负载电阻决定了输出电流的大小，应根据负载电流的需求来选择合适的负载电阻。
5.控制电路6.保护电路为了确保BOOST电路的正常工作，还需要设计合适的保护电路。
保护电路可以对输入电压过高、输出电流过大和开关元件温度过高等异常情况进行保护，避免损坏电路。
7.总结BOOST电路是一种常用的DC-DC转换器，通过将低电压转换为较高电压，实现对高压负载的驱动。
Boost变换器原理
Boost变换器原理Matlab建模一、设计内容1、设计原理图1 升压变换器电路图图1是升压变换器的电路图，其中为输入直流电源，S为开关管（在本设计中使用IGBT作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。
当开关管S导通，输入电流流经电感L和开关管S，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD处于关断状态。
当开关管S截止，由于电感电流的连续性，电感L的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源串联，以高于的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。
此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。
这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。
2、输出电压与输入电压的关系若开关管导通时间，关断时间,开关工作周期。
定义占空比为：,升压比为：。
理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压：3、参数设置（1）电源电压设置为直流24V；（2）储能电感设置为3、6E-4 H；（3）RC负载设置：R为24Ω；C为5、4E-5 F；（4）脉冲信号发生器设置：Pulse type、Time(t)、litude、Phase delay(secs)均采用默认设置，Period(secs)设置为25e-6，Pulse Width(﹪ of Period)设置为20。
（5）二极管，IGBT，电压、电流测量量均采用默认值。
4、仿真目的（1）观察占空比变化对输出电压的影响。
更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，估计输出电压的值。
（2）观察开关频率变化对输出电压纹波的影响。
占空比恢复为40％，将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（20KHz）和二倍（80KHz），观测并估计两种条件下电压纹波的大小。
boost变换器设计报告
直流稳压电源设计报告摘要本作品采用了boost拓扑，利用电感、场效应管和二极管完成了升压的功能，利用Tl494,和IR2110进行反馈控制。
并加上前期的整流滤波电路，实现可以用从市电开始转换。
本作品基本实现了题目的功能，实现了30V到36V，2A的输出。
一、方案比较论证1.主拓扑方案的论证方案一：采用反激式变换器。
反激式变换器适合小功率的输出，输入电压大范围波动时，仍可以有较稳定的输出，并且可以实现带隔离的DC/DC变换，但其中的反激式变压器设计比较复杂，且整体效率较低。
方案二：采用boost变换器，boost是一种斩波升压变换器，该拓扑效率高，电路结构简单，参数设计也比较容易。
方案三：采用SPICE变换器，开关环路的对称性使其可以达到较高效率，电感的适当耦合也可以尽量减小纹波。
但该方案成本较高，对电容电感值要求较高，检测和控制电路较为复杂。
为节约成本，并从简单考虑，本作品选用方案二。
2.控制反馈方案的选择方案一：系统由Boost模块实现升压任务，各模块所需PWM信号的由单片机提供，单片机AD采集实时输出量，经运算后通过改变占空比调整模块工作状态。
该方案电路最简单，各种控制灵活，缺点有单片机运算量过大，开关信号占空比受单片机限制，浮点运算的时延影响电路跟随，另外单片机容易受到功率管开关干扰而失灵。
方案二：使用振荡器、比较器产生PWM波，由负反馈电路实现输出控制，单片机负责状态切换和测量显示，该方案原理易于理解，但自己装调的PWM电路在开关时容易出现振铃毛刺，直接影响了系统效率，并且要完善反馈控制对回馈信号要求较高。
方案三：借用现有成熟PWM控制器，该类集成电路输出波形好，工作稳定，都具备至少一个反馈控制引脚，按照厂商提供的典型电路就可装调出应用电路。
但这类电路一般针对专用场合设计，借用时需要较多设计计算，特别是该类芯片的反馈有极高的控制灵敏度，在单片机参与时需要较多改动。
本作品采用方案三。
二、理论分析和计算1．电路设计与分析（1）提高效率的方法在电路的设计过程中，找到了影响系统效率的主要因素有三点：功率变换器开关器件的开关损耗；感性元件的铁损和铜损；控制电路的损耗。
boost变换器工作原理
boost变换器工作原理引言：在电子设备中，为了提供稳定的直流电压，通常需要使用变换器来对输入电压进行转换。
其中一种常用的变换器是boost变换器，它可以将输入电压提升到较高的输出电压。
本文将介绍boost变换器的工作原理及其关键组成部分。
一、什么是boost变换器？boost变换器是一种直流-直流（DC-DC）变换器，用于将低电压升高到较高的电压。
它通过周期性开关和储能元件实现输入电压的提升。
boost变换器常用于电子设备中，例如电源供应、电动汽车、太阳能电池等。
二、boost变换器的工作原理1. 关键元件boost变换器由以下几个关键元件组成：- 输入电压源Vin：提供输入电压，一般为直流电压。
- 开关元件：用于周期性地开关电路，将输入电压传递到输出电路。
- 电感元件L：通过储存能量来实现电压的升高。
- 负载元件：接收输出电压，一般为电子设备或电路。
- 电容元件C：用于平滑输出电压。
2. 工作原理boost变换器的工作原理可以分为两个阶段：导通阶段和截止阶段。
（1）导通阶段：当开关元件导通时（一般为MOSFET），输入电压Vin通过电感元件L传递到负载元件和电容元件。
在此阶段，电感元件L储存了能量，同时电容元件C开始充电。
（2）截止阶段：当开关元件截止时，电感元件L的储能电流无法继续流动，此时输出电压Vo通过电容元件C供给负载元件。
在此阶段，电容元件C 平滑输出电压，保持稳定的直流电压。
3. 控制策略为了实现输出电压的稳定性，boost变换器通常采用脉宽调制（PWM）控制策略。
通过调节开关元件的导通时间和截止时间，可以控制输出电压的大小。
当输出电压过低时，开关元件导通时间延长；当输出电压过高时，开关元件截止时间延长。
通过不断调整开关元件的导通和截止时间，可以使输出电压保持在设定值附近。
三、boost变换器的优势和应用领域1. 优势- 提供较高的输出电压：boost变换器可以将低电压提升到较高的电压，满足某些电子设备对高电压的需求。
DCDC Boost变换器电路设计与分析平台
DCDC Boost变换器电路设计与分析平台一、引言DCDC Boost变换器是一种常用的电力转换装置，可将低电压转换为高电压。
为了提高Boost变换器的设计效率和准确性，开发一个DCDC Boost变换器电路设计与分析平台是非常必要的。
本文将介绍该平台的设计及分析方法。
二、设计原理DCDC Boost变换器采用了串联型开关电源的原理。
通过控制开关管的导通和截止，可以实现输入电压向输出电压的升压转换。
Boost变换器的主要构成包括输入电容、开关管、电感、输出电容和负载。
三、设计步骤1. 输入电容的选择输入电容的作用是平滑输入电压，降低电压脉动。
为了保证电压的稳定性和质量，选择合适的输入电容非常重要。
根据输入电流和电压脉动要求，通过计算和仿真得出最佳的输入电容数值。
2. 开关管的选取开关管在Boost变换器中起到开关控制的作用，关系到整个电路的性能。
正确选择开关管的关断电流和导通电流可以提高变换器的效率和稳定性。
通过查阅资料、分析参数和进行实际测试，确定最适合的开关管型号和参数。
3. 电感的设计电感是Boost变换器中的关键元件，通过电感的储能和释能来实现电压升压。
通过计算输出电流和电感电压脉动，并考虑电感的能量损耗、饱和电流等因素，确定合适的电感数值和材料。
4. 输出电容的选型输出电容的作用是平滑输出电压，减小纹波电压。
选取合适的输出电容值和材料可以提高电压的稳定性和可靠性。
通过分析负载特性、输出电压波动要求等因素，确定最佳的输出电容数值。
四、分析平台为了实现DCDC Boost变换器的自动设计和分析，我们开发了一套电路设计与分析平台。
该平台包括以下功能：1. 电路参数输入：用户可以输入Boost变换器的各项参数，如输入电压、输出电压、负载电流等。
2. 自动设计：根据用户输入的参数，平台可以自动计算和选择最佳的输入电容、开关管、电感和输出电容。
3. 电路仿真：使用先进的电路仿真技术，平台可以对设计的Boost变换器进行仿真分析，得出波形图、效率曲线等详细结果。
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电力电子技术课程设计
班级
学号
目录
一．课程设计题目 (2)
二．课程设计容 (2)
三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形) 2四．电路的设计过程 (3)
五．各参数的计算 (3)
六．仿真模型的建立，仿真参数的设置 (3)
七．进行仿真实验，列举仿真结果 (4)
八．对仿真结果的分析 (6)
九．结论 (7)
十．课程设计参考书 (7)
一．课程设计题目
Boost 变换器研究
二．课程设计容
1． 主电路方案确定
2． 绘制电路原理图、分析理论波形
3． 器件额定参数的计算
4． 建立仿真模型并进行仿真实验
6． 电路性能分析
输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等
三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形)
分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。
当可控开关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,同时电容C 上的电压向负载R 供电。
因C 值很大，基本保持输出电压u ₒ为恒值，记为U O 。
设V 处于通态的
时间为on t ,此阶段电感L 上积累的能量为on t EI 1。
当V 处于断态时E 和L 共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。
设V 处于断态的时间为off t ,则在此期间电感L 释放的能量为()off t I E U 10-。
当电路工作于稳态时，
一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即 ()off
on t I E U t EI 101-= 化简得
E t T t t t U off off off on =+=
升压斩波电路原理及工作波形
四．电路的设计过程
1.直流电压源参数设置：直流电源电压为100V
2.电容、电感、电阻参数设置：
Ω==⨯=-10,10,107.04R mH L F C
3.脉冲发生器模块的参数设置：振幅设置为1V ，周期为0.001s （即频率为500HZ ），脉冲宽度为20%
五．各参数的计算
1. 占空比的计算
占空比为0.2
2. 输出平均电压
V E U 125110=-=α
六．仿真模型的建立，仿真参数的设置
启动MATLAB7.0，进入simulink 后新建文档，绘制直流升压斩波变换电路模型图，双击各模块，再出现的对话框里设置各参数。
设置好各模块后，单击工具栏的start 命令进行仿真，再双击示波器模块，得到仿真结果。
七．进行仿真实验，列举仿真结果
仿真电路图
脉冲宽度为20%，Ω==⨯=-10,10,107.04R mH L F C ；
波形图如下：
波形图如下：
脉冲宽度为80%，Ω
7.04R
mH
F
C
10
L
10
=
=
,
⨯
=-10
,
波形图如下：
波形图如下：
脉冲宽度为20%，Ω==⨯=-10,40,107.04R mH L F C ；
波形图如下：
八．对仿真结果的分析
由图可知，在占空比为50%,20%，80%时，输出电压可以看成负载两端的电压与输入电压基本上成2，1.25,5倍的关系，且占空比越大输出电压越大；当其他参数不变，改变电容的大小时，电容增大，调节时间变长，输出电压减小；当其他参数不变，改变电感的大小时，电感增大，调节时间变长，输出电压减小。
九．结论
电力电子技术课程设计结束了，这么多天对升压斩波电路有了进一步的了解，升压斩波电路能够使我们合理的利用电能,提高电能品质和用电效率，直流升压斩波电路与开关电源,线性电源相比,起到一个提高电压的作用，从而使其工作的效率高,控制方便,智能化,易实现计算机控制。
在做课程设计的过程中，我们还用到了MATLAB仿真，通过对软件的正确使用，让我产生了浓厚的兴趣，并且让我能够更深刻的理解电路的工作原理，当然，在我能够正确的操作软件之前，还翻了很多的错误，但失败是成功之母，正是这些错误的经历让我对元件的参数有更多地了解，增加了我在最后得到了正确的答案时的成就感。
经过这次课程设计,我认识到自己还有很多东西需要进一步加强学习,而且要把理论联系实践来学习,不仅要懂理论知识,还要懂如何作出实践，最后也十分感老师和同学们的帮助才能够得以得到波形进行正确的分析。
十．课程设计参考书
[1] 电力电子电路的计算机仿真建业编著清华大学 2003
[2] 电路和系统的仿真实践占松编著科技 2000
[3] 电子电路CAD—基于OrCAD9.2贾新章编著电子科技大学 2002
[4] Pspice 8.0电路设计实例精粹高伟涛编著国防工业 2001
[5] MATLAB 电子仿真与应用利竹编著国防工业
[6] 开关电源的原理与设计占松编著电子工业 1999。