Boost电力电子课程设计

一个 Boost变换器的设计

课程名称：电力电子课程设计

设计题目：一个 Boost变换器的设计专业：自动化

班级：自动化1

学号：

姓名：

指导教师：

1．题目

一个Boost变换器的设计

2．任务

设计一个Boost变换器，已知V1=24V±10%，V2=36V，I0=0～1A。要求如下：1）选取电路中的各元件参数，包括Q1、D1、L1和C1，写出参数选取原则和计算公式；

2）编写仿真文件，给出仿真结果：（1）电路各节点电压、支路流图仿真结果；（2）V2与I O的相图（即V2为X坐标；I O为Y坐标）；（3）对V2与I O进行纹波分析；（4）改变R1，观察V2与I O的相图变化。

3）课程设计说明书用A4纸打印，同时上交电子版（含仿真文件）；

4）课程设计需独立完成，报告内容及仿真参数不得相同。

3．说明

仿真软件采用PSIM，免费试用程序及其说明书见附件。

一、Boost电路的分析

1、工作原理

升压斩波电路的原理图如图1所示。由可控开关Q1、储能电感L1、二极管D1、滤波电容C1、负载电阻R1等组成。

图 1 Boost电路原理图

当开关管Q1受控制电路的脉冲信号触发而导通时，输入直流电压V1全部加于储能电感L1的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D1反向偏置截止，储能电感L1将电能变换成磁能储存起来。电流从电源的正端经Q1及L1流回电源的负端。经过t on时间以后，开关管Q1受控而截止时，储能电感L1自感电势的极性变为上负下正，二极管D1正向偏置而导通，储能电感L1所存储的磁能通过D1向负载R1释放，并同时向滤波电容C1充电。经过时间T off后，控制脉冲又使Q1导通，D1截止，L1储能，已充电的C1向负载R1放电，从而保证了向负载的供电。

图2 Boost变换器电路工作过程

2、电路参数的选择:

已知：V1=24V±10%，

V2=36V，

I0=0～1A。

1、占空比D

由

D V V -=1112得，2

1

2V V V D -= V 2＝36V ，V 1min ＝21.6V ，V 1max ＝26.4V 所以267.02

12max

min =-=

V V V D 4.02

12min

max =-=

V V V D 2、电感L

开关频率越高，电感器的感值就取得越小，体积越小，但开关频率高了会加重开关管的负担。所以取开关频率为80KHz 。

s 1025.180000

1f 15-s ⨯===

S T H D D I T V L S μ3333.0-133.01

2101.2536)1(22-5202=⨯⨯⨯⨯⨯=-=）（

一般取了L1=1.5L=1.5⨯33=49.5H μ 3、电容C

在boost 电路中，对于二极管D 的电流i D 和输出电压V2，二极管截止时，电容C 放电，V2下降；而二极管导通时，电容C 充电，V2上升。在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小，选用电容器时，应注意其耐压是否符合电路的要求

S DT R

V C u 22

∆=

输入电压25V ，输出电压36V ，输出电流为1A ，此时纹波为0.1V 。

F T D I DT R V C S μ251025.14.01

.021

u 2u 225-s max 0=⨯⨯⨯⨯=∆=∆=

4、开关管MOSFET

功率管的选择需要考虑能承受之电压以及电流额定值，可知功率开关关闭时，其电压最大为：

2max 1V V Q =

电流的额定值为：0

11I D D

I Q -=

5、二极管

选择续流二极管的重要的标准是：开通速度、击穿电压、额定电流、正向导通电压。开关电源中，通常选择低正向导通电压的肖特基二极管。2max 1V V D =

额定电流为：01)1(I D I I I D =-= 续流二极管的损耗计算：

o D D I V P ⋅=

二、仿真分析

电路图如图:

电路参数选择：V1=25V ，D=0.306，L1=50u ，C1=25u ，R1=36Ω

(1)电路各节点电压、支路流图仿真结果如下

输入电压：

输出电压：

Ug电压：

开关管电压值：

电感电流：

二极管电流：

负载电流：

电容电流：

2）V2与I O的相图（即V2为X坐标；I O为Y坐标）R=36 时相图如下：

（3）对V2与I O 进行纹波分析；

v2纹波

从图中可以看出纹波大小为：V 9.00u 2=∆

Io 纹波

Io 的纹波大小为：A 0022.0i 0=∆

分析纹波：从仿真结果可知V 9.00u 2=∆与假设之前V 1.0u 2=∆相差不多，符合设计要求。 （4）改变R1，观察V2与I O 的相图变化。减小R1取1Ω相图如下：

增大R1取80Ω如下：

改变电阻大小，会影响V2与Io 之间的相图变化，R1增大斜率2

k V I O

=

减小，R1减小斜率2

k V I O

=

增大。可见，R1与V2成正比，与Io 成反比。 总结：

1、当输入电压为已知，要求输出电压在期望值附近时，我们可以通过调节占空比来实现所需要到达的电压值，改变占空比进行调节,从而使输出电压在比较理想的范围内。

2、通过这个课程设计，我们了解了boost 电路的工作原理、特点、参数的选择、以及波形的分析、而且在psim 软件仿真了解波形的特点，从而判断电路的工作状态。

3、我们采用了电感电流工作在连续的状态，通过仿真可以看出boost 电路的各节点电压、电流的波形图，更进一步的掌握了boost 电路的分析，为以后的应用打下了良好的基础。