Boost变换器原理Word文档下载推荐.docx

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1.设计原理

图1升压变换器电路图

图1是升压变换器的电路图，其中

为输入直流电源，S为开关管（在本设计中使用IGBT作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。

当开关管S导通，输入电流流经电感L和开关管S，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD处于关断状态。

当开关管S截止，由于电感电流的连续性，电感L的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源

串联，以高于

的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。

此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。

这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。

2.输出电压与输入电压的关系

若开关管导通时间

，关断时间

开关工作周期

。

定义占空比为：

升压比为：

。

理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压：

3.参数设置

（1）电源电压设置为直流24V；

（2）储能电感设置为3.6E-4H；

（3）RC负载设置：

R为24Ω；

C为5.4E-5F；

（4）脉冲信号发生器设置：

Pulsetype、Time（t）、Amplitude、Phasedelay（secs）均采用默认设置，Period（secs）设置为25e-6，PulseWidth（﹪ofPeriod）设置为20。

（5）二极管，IGBT，电压、电流测量量均采用默认值。

4.仿真目的

（1）观察占空比变化对输出电压的影响。

更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，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。

占空比恢复为40％，将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（20KHz）和二倍（80KHz），观测并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为40KHz，将滤波电容值改为原来的一半和二倍，观测并估计两种条件下电压纹波的大小。

（4）观察负载阻值变化对输出电压纹波的影响。

将滤波电容值恢复为5.4E-5F，将负载阻值改为原来的一半和二倍，观测两种条件下电压纹波的变化并估计其大小。

结合仿真结果说明开关频率、滤波参数以及负载大小的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

仿真结果。

二、Matlab的建模及仿真

1.仿真电路

仿真模型图如图2所示：

图2升压变换器建模图

Simulink仿真模型图中电压源为24V直流电压；

L为升压电感；

Diode为电力二极管，单向导通，阻止电流反向流动；

C为滤波电容；

IGBT为斩波器件，R为负载。

其中IL用来测量流经L的电流；

ID用来测量二极管电流；

用来测量负载电压；

IGBTcurrent为流经IGBT的电流；

Scope为示波器；

PulseGenerator为PWM脉冲发生器，调节其占空比就可以控制输出电压的大小。

2.仿真波形

（1）占空比为20％，40％，60％，80％时，输出电压的波形分别如图3、图4、图5、图6所示。

（2）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，并观察这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为40KHz，将滤波电容值改为2.7E-5F和10.8E-5F，输出电压的波形如图9、图10所示，并观察这两种条件下输出电压纹波的变化。

（4）将滤波电容值恢复为5.4E-5F，将负载阻值改为12

和48

，输出电压的波形如图11、图12所示，并观测这两种条件下电压纹波的变化。

图3f=40KHz，D=0.2时

图4f=40KHz，D=0.4时

图5f=40KHz，D=0.6时

图6f=40KHz，D=0.8时

图7f=20KHz，D=0.4时

图8f=80KHz，D=0.4时

图9f=40KHz,,D=0.4，C=2.7E-5F时

图10f=40KHz，D=0.4，C=10.8E-5F时

图11f=40KHz，D=0.4，C=5.4E-5F，R=12

时

图12f=40KHz，D=0.4，C=5.4E-5F，R=48

通过观察、对比以上仿真波形图可得以下结论：

（1）由图3、图4、图5、图6可知，随着占空比的不断增大，输出电压的值也随之不断增大，该现象可由式子

得到。

（2）由图7、图8可知，其他参数不变，当开关频率减小为原来的一半时，输出电压的波动变大；

而当开关频率增大为原来的二倍时，输出电压的波动变小。

（3）由图9、图10可知，其他参数不变，当滤波电容值减小为原来的一半时，输出电压的波动变大；

而当滤波电容值增大为原来的2倍时，输出电压的波动变小。

（4）由图11、图12可知，其他参数不变，当负载阻值减小为原来的一半时，输出电压的波动变大；

而当负载阻值增大为原来的2倍时，输出电压的波动变小。

以上结论

（2）、（3）、（4）的现象可由式子

推出，由该式可看出，输出电压的纹波与滤波电容、开关频率、负载阻值成反比，于是，当C、F、R的值增大时，输出电压的纹波都变小。

三、总结

通过本次设计，对于具有自关断能力的GTO、MOSFET、IGBT全控型器件组成的变换器有了一定的了解和认识，熟悉了Matlab的建模过程。

使用Matlab仿真摆脱了常规的分析方法，更加快捷和方便，能够直观的反映出电路的情况，对电路的研究更实用和方便。

在分析电路时可以修改电路中器件的参数来修改电路，也可以随意地改变电路的结构，而在实际应用中需要重新更换器件和结构，浪费时间和金钱，使用Matlab仿真省去了繁琐的工作，在电路分析比较中的优越性更明显。

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）