BOOST电路设计与仿真

1、.Boost主电路设计:1.1 占空比D计算21.2 临界电感L计算21.3 临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）21.4 输由电阻阻值22 .Boost变换器开环分析32.1 PSIM仿真32.2 Matlab仿真频域特性53 .Boost闭环控制设计63.1 闭环控制原理63.2 补偿网络的设计（使用SISOTOO瓒定参数）73.3 计算补偿网络的参数84 .修正后电路PSIM仿真95 .设计体会12Boost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=2.2VVm=4V

2、电流纹波开关频率相位裕度幅值裕度?蓊？?=0.782?>?0.25Afs=100kHz6010dB00st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?1-?2LC=:1.8?选取L>Lq在此选L=4uH1.3 临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）?22.7X0.7822c=80.6?100000X2.2选取C>Cc在止匕选C=100uF1.4 输由电阻阻值R二一二?X?彳=9.68Boost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:一一?1-?1-)111-

3、D)2?=F-？?乃+(1-?)2?=47.961- 8.7X106?4X10-10?+4.13X107?+0.04800st变换器开环分析1.1 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2.2Matlab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？=?=?Open-LocpBjdeEdrtorforOpenLoop1(DLIM.eB1*-"-rIFV-F“rriN

4、-",T1-1-"r"-n1t>91B11p行111111Bp,_Tr-41=-1""u.J.L_.JLLi_一人一J1=0HB%NiE,B*'-k=t-=一q1VSS=s>一-aB-fc!s<vsh,=Ts-t-TF1一一加s-e-V1rJ=sj.一k1-rT-9.iTs-lX-1一*1-1-r11-.ri1ir-由-1L一-I-1nrn-1-GII>11dEi1J,hreq.287e*UU3Hi-IL_lL.j_之“_LJjL_-Il.-J._-Un眦。beloap-I1i_iiO6P)第EJZdJ一；11i

5、14-11411|>i<|-t-rr一K1_L_r一F1_-IT-1JLJ一L1ij-1:一r-J.rt-iJ.l.-r-一4I|f，lii*F1IIrI-nI-11MJ事hJ>J，Hi.kLJ.VIHk!上金-falJi.一.JPf.i：8,6degFreq：1069*005He1十-txl-M-卜-十一-1-T1-li-i-1-n二一T-IIQFrsquBficy(He)由上图可得，Gvd(s用低频增益为-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。1、开环传递函数在低频段的增益较小，会

6、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？=诉另行？，？二焉=不代到未加补偿器的开环传递函数中。则？二?,其中？?？二?家加补偿器的开环传递函数如图1iOL1)Lo&pDpem-LoopBmcEdtorforDgen000-000000004321-1-2-3-4.5-e£s00nH常忑P.M.;-11.0degFreq:4汨埠HQ3Hz050505S1728332z11a曼0>强m

7、10345101010Freqj&ncy(Hz)00st闭环控制设计3.1 闭环控制原理VFHT输出电压采样与电压基准送到误差放大器，具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

8、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:?(?*弦(？+?=?2?f?中力.on_?”-?oo-?on_?3?+?>?式中?-?f?+?在此我们通过使用Matlab中SISOTOOO：具来设计调节器参数，可得：?极点频率?倒置零点频率？?尸?直流增益?”产?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Cornpen&dtoir(1+O.tHTOls1+0.00027；S(14-3e-007s)EditSelectedCfynamicsTypelocatic

9、mDampingFreque.»RealZero-9.61e+0.1RealPele5,0&e-kO».18.05e+OO5R甘力1Zero-3i77e+0»i1600Integrator0-10Pole/ZenoDynamicsSelectasinglerowtoedit'加入PID之后，低频段的增益抬高，稳态误差减小，如图Ooen-LooptiKlefdtcrforOpenloop11QLlj123456ts1010101010101010Freqiwncy(Hz)闭环阶跃响应曲线如下图UMlbQsbc)10幅值裕度为：GM=6.81dB,相角

10、未&度：PM=496,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:GCs2784.7X(1+0.0001s)(1+0.00027s)s(1+2107s)由前面可有补偿网络的传递函数为:?=为?（?+焉）对比两式可得，假设补偿网络中C=1F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(D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，山!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),