BOOST电路设计与仿真.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除目 录一. Boost主电路设计： 31.1占空比D计算 31.2临界电感L计算 31.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） 31.4输出电阻阻值 3二. Boost变换器开环分析 42.1 PSIM仿真 42.2 Matlab仿真频域特性 6三. Boost闭环控制设计 73.1闭环控制原理 73.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） 83.3 计算补偿网络的参数 9四．修正后电路PSIM仿真 10五．设计体会 13Boost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=2.2V Vm=4V 电流纹波： 0.25A 开关频率：fs=100kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB一. Boost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 选取L>Lc，在此选L=4uH1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） 选取C>Cc，在此选C=100uF1.4输出电阻阻值Boost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： 二. Boost变换器开环分析2.1 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2.2 Matlab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，由上图可得，Gvd(s)的低频增益为-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 ，代到未加补偿器的开环传递函数中则,其中未加补偿器的开环传递函数如图三. Boost闭环控制设计3.1闭环控制原理 输出电压采样与电压基准送到误差放大器，其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： 式中：，，，在此我们通过使用Matlab中SISOTOOL工具来设计调节器参数,可得: 零点频率 极点频率 倒置零点频率 直流增益 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，所得参数如图加入PID之后，低频段的增益抬高，稳态误差减小，如图闭环阶跃响应曲线如下图 幅值裕度为：GM=6.81dB，相角裕度：PM=49.6°，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： 由前面可有补偿网络的传递函数为：对比两式可得，假设补偿网络中 Ci=1μF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（1）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，峰值电压减小到了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），输入电压阶跃变化48-36V输入电压从48V变到36V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知，输出电压调节时间大约为1ms，而且稳压效果好五．设计体会 通过BOOST变换器的设计，可以看出闭环控制的稳压及抑制干扰的作用 在设计补偿电路可用sisotool电路特性进行修正，从而得到较为理想的幅值裕度、相角裕度和闭环阶跃响应，从而提高PID的调节性能精品文档】第 页。