Boost变换器原理

由IGBT组成的升压变换器建模与应用仿真摘要：根据电力电子技术的原理，升压变换器的输出电压高于输入电源电压，控制开关与负载并行连接，与负载并行的滤波电容器必须输出电压恒定，储能电感大，才能为负载提供足够的能量。绝缘栅双极晶体管IGBT设计为开关管，具有输入阻抗高、速度快、热稳定性高、驱动电路简单、通过电压低、耐压高、循环电流多等优点。关键字：升压转换器IGBT Matlab建模一、设计内容1.设计原则图1增压转换器电路图图1是用于输入直流电源的升压变换器的电路图，s是开关管(在本设计中使用IGBT作为开关管)，在外部脉冲信号的激励下作为开关状态运行。开关s传导，输入电流通过电感l和开关s流动时，开关两端电压下降到0，电感两端发生电压降，电感电流开始线性增加，电感开始存储能量，第二管VD关闭。开关管s关闭时，电感l的线圈产生的磁场改变线圈两端的极性以保持电感电流恒定，因此在此期间电感电压转换为线圈的磁能，与电源连接，以更高的电压供电给电路的后级，起到电路的升压作用。这时电感将能量发射到一百级，电感电流持续减少，电感电流通过二极管VD到达输出端，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。这是boost转换器的工作周期，后续转换器将重复上述过程直至正常状态过程。2.输出电压与输入电压的关系开关管传导时间、关闭时间、开关工作周期。定义占空比：提升率：理论上，电感能量存储等于发射能量，因此电感电流连续时的输出电压：3.设定参数(1)电源电压为直流24V设置为。(2)储能电感为3.6E-4H；设置为。(3)设定RC负载：r为24；c为5.4e-5f。(4)脉冲信号发生器设置：Pulse type、Time(t)、Amplitude、Phase delay(secs)均采用默认设置，Period(secs)为25e-6(5)二极管、IGBT、电压、电流测量均为默认值。4.模拟目的(1)观察占空比变化对输出电压的影响。在占空比中变更循环参数，并在占空比为20%、40%、60%、80%时观察波形，以估计输出电压的值。(2)观察开关频率变化对输出电压纹波的影响。占空比恢复到40%，将脉冲发生器输出驱动信号的频率更改为原来的一半(20KHz)和两倍(80KHz)，并观察和估计两种条件下电压纹波的大小。(3)观察滤波参数变化对输出电压纹波的影响。将脉冲发生器输出驱动信号的频率恢复到40KHz，并将滤波电容值更改为原来的一半和两倍，观察和估计两种条件下电压纹波的大小。(4)观察负载电阻变化对输出电压纹波的影响。将滤波电容值恢复为5.4E-5F，将负载电阻值更改为一半和两倍，以观察两种条件下电压纹波的变化并估计大小。仿真结果说明了开关频率、滤波参数和负载大小变化对输出电压纹波的影响，并用输出电压纹波的公式验证了仿真结果。二、Matlab建模和仿真1.模拟电路模拟模型图如图2所示。图2 boost转换器建模图Simulink模拟模型图的电压源是24V直流电压。l boost电感；Diode阻止电子二极管、单向传导、电流的反向流动。c是过滤器电容。IGBT是斩波装置，r是负载。其中IL用于测量通过l的电流。ID用于测量二极管电流。用于测量负载电压。IGBT current是通过IGBT的电流。斯科普是奥西罗斯科普。“拉入生成器”是PWM脉冲发生器，可以通过调节占空比来控制输出电压的大小。2.模拟波形(1)在占空比为20%、40%、60%、80%的情况下，输出电压的波形分别如图3、图4、图5、图6所示。(2)当占空比为40%，开关频率为20KHz和80KHz时，输出电压的波形如图7、图8所示，观察两种条件下输出电压纹波的变化。(3)将脉冲发生器的开关频率设置为40KHz，将滤波电容值更改为2.7E-5 F和10.8E-5 F，观察两种条件下输出电压纹波的变化，如图9、图10所示。(4)将滤波电容值恢复为5.4E-5 F，将负载电阻值更改为12和48，将输出电压的波形更改为图11、图12所示，观察两种条件下电压纹波的变化。图3 f=40KHz，D=0.2图4 f=40KHz，D=0.4图5 f=40KHz，D=0.6图6 f=40KHz，D=0.8图7 f=20KHz，D=0.4图8 f=80KHz，D=0.4图9 f=40khz，d=0.4，C=2.7E-5 F图10 f=40KHz，D=0.4，C=10.8E-5 F图11 f=40KHz，D=0.4，C=5.4E-5 F，R=12点图12 f=40KHz，D=0.4，C=5.4E-5 F，R=48点通过观察和比较上述模拟波形，可以得出以下结论。(1)如图3、图4、图5、图6所示，随着占空比的增加，输出电压的值也增加，这种现象可以从公式中得到。(2)如图7、图8所示，其他参数保持不变，开关频率减少到原来的一半，输出电压的变化幅度增大。开关频率增加一倍，输出电压波动减小。(3)如图9、图10所示，其他参数保持不变，当滤波电容值减少到原来的一半时，输出电压的波动较大。滤波电容值加倍，输出电压波动减小。(4)如图11、图12所示，其他参数保持不变，当负载电阻减少到原来的一半时，输出电压的变化较大。负载电阻增加一倍，输出电压波动减小。上述结论(2)、(3)、(4)的现象可以由方程式推送到输出电压的纹波与滤波电容、开关频率、负载电阻值成反比的情况下，c、f、r的值增大，输出电压的纹波减小。三、摘要通过此次设计，您对由具有自阻塞功能的GTO、MOSFET和IGBT完全控制设备组成的转换器有了了解和认识，从而熟悉了Matlab建模过程。使用Matlab仿真消除了传统的分析方法，实