BOOST电路设计及matlab仿真

实用的文档boost boost电路和MATLAB仿真一、设计要求1.输入电压(VIN):12V2.输出电压(VO): 18v3.输出电流(IN):5A4.电压重排：0.1V开关频率设置为50KHz如果输入电压在10-14v或负载电流在2-5a范围内发生变化，则应设计稳态输出保持为18V的闭环控制电路。根据设计要求，设计boost电路很明显。boost电路也称为boost电路，是开关DC boost电路，其输出电压可能高于输入电压。工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和电路稳定后的稳态工作过程。二、主电路设计图1主电路2.1 boost电路工作原理boost boost电路电感的作用：一种能把电力和磁场相互转换的能量转换装置，当MOS开关管关闭时，电感可以将电力转换为磁场进行存储，当MOS分离后，电感可以将存储的磁场转换为电场能量，该能量与输入电源电压叠加后，通过二极管和电容的过滤，为负载提供平滑的直流电压。这种电压是由输入电源电压和电感的磁场转换为电的叠加而形成的，因此输出电压高于输入电压，从而完成了升压过程。boost boost电路中的肖特基二极管主要起到绝缘的作用。也就是说，当Boost开关管关闭时，肖特基二极管的阴极电压比阴极电压低，此时二极管反向关闭，从而防止该电感的能量存储过程影响输出端电容对负载的正常供电。MOS管分离时，两个重叠能量通过二极负载供电，因此二极管必须在正向电压降越小的情况下，向负载结束提供更多的能量。关闭开关可能会增加通过电感的电流。打开开关，电流通过二极管流向输出电容。因存储电感的电流，在多个开关循环后，输出电容器的电压提高，结果输出电压高于输入电压。以下是Boost电路的具体介绍-充电和放电过程。充电过程如果在充电期间开关关闭(晶体管传导)，则图2所示的等效电路将由开关(晶体管)中的导线代替。此时，输入电压通过电感。二极管防止电容对接地放电。由于输入是直流的，电感的电流以一定的比率线性增加，该比率与电感大小相关。随着电感电流的增加，电感中存储了一些能量。图2充电原理图放电过程此电路相当于开关断开(晶体管关闭)。开关断开(晶体管关闭)时，因电感的电流保持特性，通过电感的电流不会立即变为0，充电完成后会慢慢变为0。原始电路断开，电感只能通过新电路放电。也就是说，电感开始充电电容，电容的两端电压上升，此时电压已经高于输入电压。助推器结束了。图3放电原理图参数计算1.占空比计算如上图1、图2所示，在打开和关闭过程中，能量存储和能量释放根据相同的原理，电感电流是连续的。负载周期，示例(1)、(2)表达式，空闲比率需要33.3%。电感设计开关管闭合和开放状态的kirchhoff电压方程为：如下所示自下而上的方法：二极管的传导电压降低，开关传导压力降低，使用。纹波电容器计算从公式中取数字是值得的4.负荷阻力计算输出电压为18V，因此要输出的电流为5A。通过欧姆定律可以得到的载荷的阻力值为3.6欧姆，符合设计要求。三、电路设计和仿真3.1开环boost电路仿真图4开环电路图电压，电流的模拟结果如下图所示。图5开环boost电路仿真结果3.2闭环boost电路仿真3.2.1计算主传递函数标题只考虑输入电压波动，知道占空比是恒定的。传递函数可以从公式(5)中获得。导入数据的方法如下：您只需将传递函数添加到以前的开环回路，如下所示：图6闭环电路图通过传递函数获得的bode图形如下：图7传递函数bode图使用Matlab模拟获得振幅毛利和相位毛利。图8振幅毛利和相位毛利此传递函数是非最小相位系统，如图8所示。电路的振幅毛利：GM=-28.6dB，相位毛利：PM=-76.9deg，对应的稳定性基准显示系统不稳定。3.2.2 PI控制器修正分析原始系统以-40dB/dec的斜率横穿0dB线，因此，自上次分析以来，在最小相位系统相位频率图中，-180度相移，-20dB/dec对应于-90度，因此，需要确保更正的系统以-20dB/dec斜率横穿0dB线，因此不稳定。为了确保系统没有静态错误，使用PI修正(K(s 1)/(s)，即使比例系数较小，也可以通过积分项的作用消除静态错误。PI调节器的零频率必须大于1/1系统开环传递函数极频率0，更正的开环传递函数才能在相移1800中不显着降低频率。否则，阻塞频率将进一步降低。因此，可选PI调节器的零频率1/=0.50，即=1/(0.50) (6)一旦确定了PI调节器的零频率，就可以通过改变PI调节器的比例系数k来改变修正开环传递函数的截止频率和相位稳定裕度。如图1的幅度-频率特性所示，原始系统在极频率上具有大约40db的谐振峰值，因此，在设计PI比例系数时需要考虑此系数。否则，0附近的开环增益大于0，可能会导致系统不稳定。PI调节器的增益为-40db，其频率是PI调节器振幅-频率特性的-20db/dec部分的20lg(K/() A0=0，A0是原始系统开环特性的谐振峰值(db)。pi调节器零频率的一半，即=0.5/K=10-A0/20=0.5*10-A0/20 (7)因此，=1/(0.5 * 1000)=0.002，K=0.5*10-40/20=0.005。结果PI调节器的波特图、系统修正开环传递函数修正如下：图9修改后的bode图比较根据校正后的图像，振幅裕度和相位裕度都是正值，这可以确认系统是稳定的。四、模拟结果最终模拟结果如下：图10电压图图11电流图结果分析：实验中首先执行开环升压电路方法的结果如图所示，但是在改变输入电压的大小时没有引入反馈环，因此电压不能稳定在特定值。随后添加的反馈环随着输入电压的大小的变化，输出电压发生变化，与反馈环中设置的18V相比，通过传递函数调整负载率，直到输出电压稳定到18V为止，反馈输入保持0负载率，因此输出电压稳定到设计值18V。通过实验性地更改10-14v范围内的电压，可以达到最终输出电压大小18。结果电路满足设计要求，同样，最终结果电流为5A。摘要结果符合设计要求。部分程序：Num=-5.4e-3，108；Den=5.4e-8，2e-4，4；G=tf(num，den)；Margin(G)w=-8 * pi :0.01:8 * pi；B=-5.4e-3，108；A=5.4e-8，2e-4，4；Sys=tf(b，a)；bode(sys)；