电力电子课程设计Boost电路的建模与仿真

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：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：【二○一五年一月目录引言课程设计任务书...........................................错误!未定义书签。

第一章电路原理分析..........................................错误!未定义书签。

第二章电路状态方程..........................................错误!未定义书签。

当V处于通态时..........................................错误!未定义书签。

当V处于断态时..........................................错误!未定义书签。

第三章电路参数的选择........................................错误!未定义书签。

占空比 的选择 .........................................错误!未定义书签。

电感L的选择...........................................错误!未定义书签。

电容C的选择............................................错误!未定义书签。

负载电阻R的选择........................................错误!未定义书签。

第四章电路控制策略的选择....................................错误!未定义书签。

电压闭环控制策略..........................................错误!未定义书签。

直接改占空比控制输出电压.................................错误!未定义书签。

第五章 MATLAB编程...........................................错误!未定义书签。

定义状态函数............................................错误!未定义书签。

主程序的编写............................................错误!未定义书签。

运行结果................................................错误!未定义书签。

第六章 Simulink仿真.........................................错误!未定义书签。

电路模型的搭建..........................................错误!未定义书签。

仿真结果................................................错误!未定义书签。

第七章结果分析...............................................错误!未定义书签。

参考文献......................................................错误!未定义书签。

引言课程设计任务书题目Boost电路建模、仿真任务建立Boost电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。

要求课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。

V1=20V±10%V2=40VI0=0 ~ 1AF=50kHZ第一章 电路原理分析Boost 电路，即升压斩波电路（Boost Chopper ），其电路图如图1－1所示。

电路中V 为一个全控型器件，且假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。

当V 处于通态时，电源E （电压大小为1V ）向电感L 充电，电流L i 流过电感线圈L ，电流近似线性增加，电能以感性的形式储存在电感线圈L 中。

此时二极管承受反压，处于截断状态。

同时电容C 放电，C 上的电压向负载R 供电，R 上流过电流0I R 两端为输出电压0U （负载R 两端电压为2V ），极性为上正下负，且由于C 值很大，故负载两端电压基本保持为恒值。

当V 处于断态时，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L i 不变，这样E 和L 串联，以高于0U 电压向电容C 充电、向负载R 供电。

下图1－2为V 触发电流和输出负载电流的波形，图1－3为电感充放电电流的波形。

图2－1第二章 电路状态方程为了方便后面MATLAB 程序的编写，此文中选取电感电流i L 和电容电压V 2为两个状态变量，，建立状态方程。

当V 处于通态时电源E 对L 充电，设电感电流初值为0L I ，即由1LL di V L V dt== 可得L 电流为：110L L V Vi dt t I L L==+⎰设通态时间为on t ，则on t t =时L 电流达到最大，1.max 0L on L V i t I L=+ （式2－1） 同时，电容C 向负载供电，其电流为：RV dt dV C i c 22=-= 电路状态方程如下：1L L di V V dt L L == 22dV Vdt CR =-当V 处于断态时电源和电感L 同时向负载R 供电，L 电流的初始值则为V 处于通态的终值.max L i ，由12L L di V L V V dt ==-可得：1212.max L L V V V Vi dt t i L L--==+⎰ （式2－2）设断态时间为off t ，则off t t =时L 电流将下降到极小值，即为0L I ，故由（式2－2）得：120.max L off L V V I t i L-=+，于是得到off off on t V t t V 21)(=+。

令on off T t t =+，并设占空比on t T α=，升压比为offTt ，其倒数为off t T β=，则1V 与2V 的关系可表示为：2111V V α=- （式2－3） 由此式可见，1α<，故21V V >，则达到电压升高的目的。

电路状态方程如下：12L di V V dt L -= 22L dV i R V dt RC-=第三章 电路参数的选择占空比α的选择由（式2－3）可得：212V V V α-=，其中V1=12V ±10% ，V2=24V 故可得：55.045.0<<α电感L 的选择在该电路中，前面已经假设电感L 的值必须足够大，在实际中即要求电感有一个极限最小值min L ，若L<min L ，将导致电感电流断续，并引起MOSFET 元件V 和续流二极管VD 以及电感L 两端的电压波形出现台阶，如图3－1所示。

这种情况将导致输出电压纹波增大、电压调整率变差，为防止此不良情况的出现，电感L 需满足下式要求：min 1.3L L ≥ （式3－1）根据临界电感min L 的定义可知，当储能电感min L L =时，V 导通时，通过电感的电流L i 都是从零（即00L I =）近似线性增加至其峰值电流max L i ，而V 截止期间，L i 由max L i 下降到零。

在此情况时，L i 刚好处在间断与连续的边缘，而且MOSFET 、二极管和电感两端电压的波形也刚好不会出现台阶，此时电感电流L i 的平均值LI 正好是其峰值电流max L i 的一半。

即 max 12L L I i =⋅ （式3－2）且此时有00L I =，min L L =，代入（式2－3）得：21.max minL off V V i t L -=（式3－3） 由（式3－2）和（式3－3）得：21min12L off V VI t L -=⋅ （式3－4）根据电荷守恒定律，电路处于稳定状态时，电感L 在V 截止期间所释放的总电荷量等于负载在一个周期T 内所获得的电荷总量，即0L off I t I T ⋅=⋅（式3－5）由（式3－4）和（式3－5）得：()()22221212112min 000()1()()/222off V V T V V t V V T V V L TI TI I α--⎡⎤--⎣⎦=== （式3－6）已知数据V 2=24V ，1/0.02T f ms ==，并取V 1=12V ，00.5I A =，代入（式3－6）得：H 60L min μ=故由（式3－1）得：H 78L 3.1L min μ=≥电容C 的选择在该电路中，当V 截止、VD 导通时，电容C 充电，2V 上升，此时流过二极管VD 的电流D i 等于电感L 的电流L i 。

设流过C 的电流为C i ，流过R 的电流为2i （此处将其近似看成一周期内的平均值为0I ），则20C D L i i i i I =-=- （式3－7）由（式3－7）与（式2－2）得：12max 0C L V Vi t i I L-=+-通过C i 求出off t 期间C 充电电压的增量，就可得到输出脉动电压峰峰值12max 00011()off off t t C L V V U i dt t i I dt C C L-∆==+-⎰⎰212max 01[()]2L off off V V i I t t C L-=-+（式3－8） 由于此过程中负载电流可看成线性变化，且认为电容C 的电压由0开始上升，并且到off t t =时电感L 电流刚好下降为0，故2max L off V i t L=（式3－9） ()20.max 2022off off L L t t I i V I T L T+=⋅= （式3－10） 将（式3－9）和（式3－10）代入（式3－8）并整理得：222221221212()(1)()222off off tV V V t T V V V T T C L U L U L U V αα+-⋅-+⋅===∆∆⋅∆⋅ （式3－11）已知V 1=12V ，V 2=24V ，取12V .0%U 1U 2==∆，则由（式3－11）得： 当取300L H μ=时，F 33.33C μ= 当取500L H μ=时，F 02C μ= 当取1000L H μ=时，F μ10C =负载电阻R 的选择根据公式02I V R =可得：Ω==1205.024R第四章 电路控制策略的选择电压闭环控制策略在前面提到电容C 假设为很大的值，但由于实际上C 不可能无穷大，所以输出电压会在一定范围内波动，为使输出电压稳定在一个较为理想的范围内，通过测量输出端的电压，与电压给定值比较，得到误差，再经过PI 调节器，送到PWM 脉冲发生器的输入端，利用PWM 的输出脉冲来控制功率管的导通和关断。