BOOST电路设计与仿真
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。
boost电路
一、问题重述
以boost电路通过给定输入电压、输出电压和主电路参数，理论计算电感电流纹波、电容电压纹波，并进行仿真验证；调节占空比0.3-0.8；描述占空比和电感电流纹波、电容电压纹波、电压增益（Vo/Vin）之间关系，并进行仿真验证。
电路参数Vin=300V, Vo=400V, RL=100omg, fs=100kHz, L=800uH, C=200uF,。
二、模型搭建
由书本公式U o=t on+t off
t off E=T
t off
E得到t off=0.75T, t on=0.25T，设置IGBT参数如图
三、结果分析
仿真得到输入电压E、输出电压U o、电源电流I1波形如下图
根据计算电感电流纹波公式可得Δi L=ET on
L =Eα
Lf
=300∗0.25
800∗10−6∗100∗103
=0.9375A
根据计算电容电压纹波公式可得ΔU c=Eα
(1−α)fRC =300∗0.25
0.75∗100∗200∗10−6∗100∗103
=0.05V
仿真得到Δi L=0.90A ，误差约为4%
ΔU c=0.05V ，误差为0%
将占空比从0.3至0.8每0.1计算一次输出电压，得到。
boost电路仿真报告
Boost电路1．实验名称：基于matlab的boost电路仿真的实验报告分析。
2．实验目的：○1学习matlab的基础知识和操作；○2改变占空比以及原件参数，观察电压和电流的变化。
3.实验平台：simulink和simpowersystems4.实验原理：首先假设电路中电感L的值很大，电容C值也很大。
当IGBT 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u0为恒值，记为U0 。
设IGBT 处于通态的时间为t on，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1t on。
当IGBT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IGBT处于断态的时间为t off，则在此期间电感L释放的能量为（U0 -E）I1t off。
当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L上积蓄的能量与释放的能量相等 EI1t on=（U0 -E）I1t off化简为U0=T*E/t off 输出电压高于电源电压图1图25.实验过程：1、研究电路电感L的变化对电路工作状态的影响，其中E=10(V), T=1e-4(S), α图3 直流电源为10V图4 脉冲信号设置图6 电容设置图7示波器设置图8 电感设置为L=1e-3H图9 电感设置为L=3e-3图10 电感设置为L=5e-3仿真结果如下：（1）电感L=1e-3（H）时的波形，如图11图11图11.1 电压放大的波形图11.2 电流放大的波形（2）电感L=3e-3（H）时的波形，如图12图12图12.1 电压放大的波形图12.2 电流放大的波形（3）电感L=5e-3（H）时的波形，如图13图13图13.1 电压放大的波形图13.2 电流放大的波形结论：由以上的波形（1）～（3）可以知：电感越大，波纹越小；由数据可知，电感越大，最大最小值之差越小。
2.研究电路电容C的变化对电路工作状态的影响E=10(V), T=1e-4(S), α=10%, L=1e-3（H）, R=10Ω，触发角0度。
BOOST电路设计与仿真
目录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= Vm=4V电流纹波：开关频率：fs=100kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一. Boost主电路设计：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;=0.782D=U U−U UUUUUU U临界电感L计算=1.8UULc=UU U(1−U)22U U U U选取L>Lc,在此选L=4uH临界电容C计算取纹波Vpp<C=U U UU U U UU =22.7×0.782100000×2.2=80.6UU选取C>Cc,在此选C=100uF 输出电阻阻值R=UU=U×UU=9.68Boost主电路传递函数Gvds占空比dt到输出电压Vot的传递函数为：UUU (U)=(1−U)U(1−UU（1−D)2U)UUU2+U(UU)+(1−U)2UUU (U)=47.96∗(1−8.7×10−6U)4×10−10U2+4.13×10−7U+0.048二. Boost变换器开环分析PSIM仿真电压仿真波形如下图电压稳定时间大约毫秒,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Matlab仿真频域特性设定参考电压为5V,则U(U)=UUUU =UUU,U U(U)=UU U=UU系统的开环传递函数为U U(U)=U UU(U)U U(U)U(U)U U(U),其中U(U)= U,U U(U)=U由上图可得,Gvds的低频增益为-60dB,截止频率fc=196KHz,相位裕度,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;1、开环传递函数在低频段的增益较小,会导致较大的稳态误差2、中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度,使调节时间较大;剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力;3、相角裕度太小会影响系统的稳定性,使单位阶跃响应的超调量较大;4、高频段是-20dB/dec,抗干扰能力差;将U(U)=UUUU =UUU,U U(U)=UU U=UU代到未加补偿器的开环传递函数中;则U U(U)=U UU(U)U U(U)U(U)U U(U),其中U U(U)=U未加补偿器的开环传递函数如图三. Boost闭环控制设计闭环控制原理输出电压采样与电压基准送到误差放大器,其输出经过一定的补偿后与PWM调制后控制开关管Q的通断,控制输出电压的稳定,同时还有具有一定的抑制输入和负载扰动的能力;令PWM的载波幅值等于4,则开环传递函数为Fs=GvdsHsGcs补偿网络的设计使用SISOTOOL确定参数原始系统主要问题是相位裕度太低、穿越频率太低;改进的思路是在远低于穿越频率fc处,给补偿网络增加一个零点fZ,开环传递函数就会产生足够的超前相移,保证系统有足够的裕量；在大于零点频率的附近增加一个极点fP,并且为了克服稳态误差大的缺点,可以加入倒置零点fL,为此可以采用如图4所示的PID补偿网络;根据电路写出的PID补偿网络的传递函数为：UU (U)=UUU(U+UU U)(U+U UU)(U+UU U)式中：U UU=−U UU UU+U UU ,U U=UU UU U U,U U=UU U U U,U U=U UU+U UUU UU U UU U U在此我们通过使用Matlab中SISOTOOL工具来设计调节器参数,可得:零点频率U U=U.UUUUU极点频率U U=UUUUUU倒置零点频率U U=UUUUU直流增益U UU=U.UUUU首先确定PID调节器的参数,按设计要求拖动添加零点与极点,所得参数如图加入PID之后,低频段的增益抬高,稳态误差减小,如图闭环阶跃响应曲线如下图幅值裕度为：GM=,相角裕度：PM=°,截止频率：fc=10KHz高频段f>fp,补偿后的系统回路增益在fc处提升至0dB,且以-40dB/dec的斜率下降,能够有效地抑制高频干扰;计算补偿网络的参数由sisotool得到补偿网络的传递函数为：G C (s)=2784.7×(1+0.0001s)(1+0.00027s)s(1+2×10−7s)由前面可有补偿网络的传递函数为：UU (U)=UUU(U+UU U)(U+U UU)(U+UU U)对比两式可得,假设补偿网络中 Ci=1μF依据前面的方法计算后,选用Rz=270,Rp=,Rf=,Cf=;四．修正后电路PSIM仿真1额定输入电压,额定负载下的仿真电压响应如下图电压稳定时间大约为2毫秒,稳定值为220V,超调量有所减少,峰值电压减小到了260V.稳定后的电压纹波如下图电压纹波大约为电流纹波如下电流纹波大约为验证扰动psim图2额定输入电压下,负载阶跃变化0-3KW-5KW-3KW电压响应曲线如下图电压调节时间大约1ms,纹波不变大约为;由此可见,输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定;电流响应曲线如下图3负载不变3KW,输入电压阶跃变化48-36V输入电压从48V变到36V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知,输出电压调节时间大约为1ms,而且稳压效果好;五．设计体会通过BOOST变换器的设计,可以看出闭环控制的稳压及抑制干扰的作用;在设计补偿电路可用sisotool电路特性进行修正,从而得到较为理想的幅值裕度、相角裕度和闭环阶跃响应,从而提高PID的调节性能;。
实验四 Boost电路仿真
实验四Boost电路仿真（升压式变换器仿真与分析）
一. 实验目的
1、熟悉Saber软件的基本操作，掌握元件库中常用模型的功能和参数设置；
2、熟练应用非隔离型斩波电路___Boost型电路的仿真；
3、学会用软件对电路分析，修正。
二. 简述实验原理及目的
1.BooST变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输进电压的单管不隔离直流变换器。
Boost变换电路如图1所示，线路由开关S、电感L、电容C、为完成把电压Ui升压到Uo的功能。
假设开关S 的周期为T，开通时间为Ton=D T，关断时间为
t off=(1—D)T，
D为开通占空比。
D＝t on/T，
图1 Boost 变换器电路原理图
图1是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由功率开关管VT、储能电感L、滤波电容C和续流二极管VD组成。
电路的工原理是：当控制信号Vi为高电平时，开关管VT导通，能量从输入电源流入，储存于电感L中，由于VT导通时其饱和压降很小，所以二极管D反偏而截止，此时存储在滤波电容C中的能量释放给负载。
当控制信号Vi为低电平时，开关管VT截止，由于电感L中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减小，感应电势的极性是左负右正，使二极管D导通，此时存储在电感L中的能量经二极管D对滤波电容C充电，同时提供给负载。
电路各点的工作波形如图2所示。
图2。
Buck_Boost变换器的设计及仿真
Buck_Boost变换器的设计及仿真Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。
这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。
它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。
在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。
Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。
电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。
可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。
开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。
振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。
通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。
为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。
输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。
负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。
输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。
接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。
由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。
可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。
最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。
可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。
此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。
这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。
Buck-Boost变化器是一种功能强大的电路，可以改变输入电压并生成预期的输出电压水平。
本文介绍了其设计原理和仿真过程，为设计者提供了宝贵的参考。
未来的研究将会探究更多的变换器类型，继续提高电路的性能和功效。
BOOST电路设计及仿真
BOOST电路设计及仿真BOOST电路是一种升压电路，在电压电平较低的情况下，能够将输入电压提升到输出电压。
BOOST电路被广泛应用于电力电子领域，如电源、DC-DC转换器、光伏逆变器等。
BOOST电路的设计主要包括两个方面：拓扑结构设计和元件参数选择。
首先应选择合适的拓扑结构，BOOST电路拓扑结构多样，如单端输出、双绕绕制、双端输出等。
这里我们选择单端输出的BOOST电路拓扑结构。
BOOST电路的原理基于电感耦合和开关管的开关原理。
当电感L和二极管D恒定时，开关管S的导通和关闭会使电感L的磁场发生变化，从而使输出电压发生变化。
在导通状态下，能量储存在电感L中。
在关闭状态下，储存在电感L中的能量会传递到输出端，从而提高输出电压。
BOOST电路的关键参数：输入电压Vin：BOOST电路的输入电压是其工作的基础。
在选择拓扑结构时，需要明确输入电压的范围，以便选取合适的器件参数。
输出电压Vout：输出电压是BOOST电路的主要输出参数。
在设计时，需要确定输出电压所需的级数，以及负载电流的大小。
电感L：电感L是BOOST电路的关键元器件，负责储存能量。
在设计时需要选取合适的电感值和电感电流。
注意，电感L的选取也会对电路的效率产生影响。
开关管S：开关管是BOOST电路的关键元器件之一，主要负责电路的开关功能。
在设计时需要选取合适的开关管，考虑其最大电压和最大电流，并选择合适的开关频率。
设计和仿真步骤：1、确定电路参数设计之前首先需要明确电路所需的参数，如输入电压范围、输出电压、电感和电容等。
这些参数需要根据实际需求来确定。
2、选择拓扑结构BOOST电路拓扑结构多样，需要选择适合自己需求的拓扑结构。
选择单端输出的BOOST 电路拓扑结构。
3、选用元器件根据电路参数和选定的拓扑结构，选用合适的元器件，如电感、开关管、二极管、电容等。
4、绘制电路图根据选用的元器件和拓扑结构，绘制BOOST电路的电路图。
5、SIMULINK仿真利用MATLAB软件中的SIMULINK工具箱进行BOOST电路的仿真。
完整word版,BOOST电路方案设计
项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计一、目的1．熟悉BOOST变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。
2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理，3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。
二、内容设计基于PWM控制的BOOST变换器，指标参数如下：⏹输入电压：9V～15V；⏹输出电压：24V，纹波<1%；⏹输出功率：30W⏹开关频率：40kHz⏹具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。
⏹具有软启动功能。
⏹进行Boost变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试三、实验仪器设备1．示波器2．稳压电源3．电烙铁4．计算机5．万用表四、研究内容（一）方案设计本设计方案主要分为4个部分：1）Boost变换器主电路设计；2）PWM控制电路设计；3）驱动电路设计；4）保护电路设计。
系统总体方案设计框图如图1.1所示。
图1.1 系统总体方案设计框图1．主电路参数设计[1,2]电路设计要求：输入直流电压9~15V ，输出直流电压24V ，输出功率30W ，输出纹波电压小于输出电压的1%，开关频率40kHz ，Boost 电路工作在电流连续工作模式（CCM ）。
Boost 变换器主电路如图1.2所示，由主开关管Q 、电感L 、滤波电容C 、功率二极管VD 和负载R 组成。
图1.2 Boost 变换器主电路1）电感计算忽略电路损耗，工作在CCM 状态，根据Boost 电路输出电压表达式可得PWM 占空比：min max15110.375249110.62524d o d o U D U U D U =-=-==-=-=即，0.3750.625D ≤≤。
由于2(1)2oBo s D D I U T L-=，当D=0.375时临界电流为最大，为使电路工作在CCM 状态，有max o oB I I >，即225(1)0.375(10.375)24 2.51035.1622 1.25o s o D D L U T H I μ--⨯->=⨯⨯⨯=⨯取输出电流纹波小于40%，即：2225(1)40%(1)0.375(10.375)242.510175.7840%40% 1.25o os o o o s o I D D U T I LI D D U L T HI μ-∆-=<-⨯-⨯>=⨯⨯=⨯综上，取电感为180H μ的磁环电感。
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。
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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 (3)
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 (5)
三、Boost闭环控制设计 (7)
3、1闭环控制原理 (7)
3、2 补偿网络的设计(使用SISOTOOL确定参数) (8)
3、3 计算补偿网络的参数 (10)
四.修正后电路PSIM仿真 (10)
五.设计体会 (14)
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=4uH
1、3临界电容C计算(取纹波Vpp<
2、2V)
选取C>Cc,在此选C=100uF
1、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,高频段就是-20dB/dec。
系统不稳定,需要加控制电路调整。
1、开环传递函数在低频段的增益较小,会导致较大的稳态误差
2、中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度,使调节时间较大。
剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力。
3、相角裕度太小会影响系统的稳定性,使单位阶跃响应的超调量较大。
4、高频段就是-20dB/dec,抗干扰能力差。
将,代到未加补偿器的开环传递函数中。
则
,其中未加补偿器的开环传递函数如图
三、Boost闭环控制设计
3、1闭环控制原理
输出电压采样与电压基准送到误差放大器,其输出经过一定的补偿后与PWM调制后控制开关管
Q的通断,控制输出电压的稳定,同时还有具有一定的抑制输入与负载扰动的能力。
令PWM的载波幅值等于4,则开环传递函数为F(s)=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)
3、2 补偿网络的设计(使用SISOTOOL确定参数)
原始系统主要问题就是相位裕度太低、穿越频率太低。
改进的思路就是在远低于穿越频率fc处,给补偿网络增加一个零点fZ,开环传递函数就会产生足够的超前相移,保证系统有足够的裕量;在大于零点频率的附近增加一个极点fP,并且为了克服稳态误差大的缺点,可以加入倒置零点fL,为此可以采用如图4所示的PID补偿网络。
根据电路写出的PID补偿网络的传递函数为:
式中:,,,
在此我们通过使用Matlab中SISOTOOL工具来设计调节器参数,可得:
零点频率
极点频率
倒置零点频率
直流增益
首先确定PID调节器的参数,按设计要求拖动添加零点与极点,所得参数如图
加入PID之后,低频段的增益抬高,稳态误差减小,如图
闭环阶跃响应曲线如下图
幅值裕度为:GM=6、81dB,相角裕度:PM=49、6°,
截止频率:fc=10KHz
高频段f>fp,补偿后的系统回路增益在fc处提升至0dB,且以-40dB/dec的斜率下降,能够有效地抑制高频干扰。
3、3 计算补偿网络的参数
由sisotool得到补偿网络的传递函数为:
由前面可有补偿网络的传递函数为:
对比两式可得,假设补偿网络中Ci=1μF
依据前面的方法计算后,选用Rz=270,Rp=0、2,Rf=75、24,Cf=1、33uF。
四.修正后电路PSIM仿真
(1)额定输入电压,额定负载下的仿真
电压响应如下图
电压稳定时间大约为2毫秒,稳定值为220V,超调量有所减少,峰值电压减小到了260V、稳定后的电压纹波如下图(电压纹波大约为2、2V)
电流纹波如下(电流纹波大约为0、07A)
验证扰动psim图
(2)额定输入电压下,负载阶跃变化0-3KW-5KW-3KW 电压响应曲线如下图
电压调节时间大约1ms,纹波不变大约为2、2V。
由此可见,输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定。
电流响应曲线如下图
(3)负载不变(3KW),输入电压阶跃变化48-36V
输入电压从48V变到36V时的电压响应如下图
输出电压的局部放大图像如下图
由上图可知,输出电压调节时间大约为1ms,而且稳压效果好。
五.设计体会
通过BOOST变换器的设计,可以瞧出闭环控制的稳压及抑制干扰的作用。
在设计补偿电路可用sisotool电路特性进行修正,从而得到较为理想的幅值裕度、相角裕度与闭环阶跃响应,从而提高PID的调节性能。