BOOST電路設(shè)計(jì)與仿真

1、目錄一、Boost 主電路設(shè)計(jì) : . 21、1占空比D計(jì)算 21 、 2 臨界電感 L 計(jì)算 . 21、3臨界電容C計(jì)算（取紋波Vpp<2、2V） 21 、 4 輸出電阻阻值 . 3二、Boost 變換器開(kāi)環(huán)分析 . 32、 1 PSIM 仿真 . 32、2 Matlab 仿真頻域特性 . 5三、Boost 閉環(huán)控制設(shè)計(jì) . 73、1 閉環(huán)控制原理 . 73、2補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)（使用SISOTOO確定參數(shù)） 83、 3 計(jì)算補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) 10四、修正后電路PSIM仿真 10五、設(shè)計(jì)體會(huì) 14Boost變換器性能指標(biāo)輸入電壓：標(biāo)準(zhǔn)直流電壓Vin=48V輸出電壓：直流電壓Vo=220V參考

2、電壓 Vref=5V輸出功率:Pout=5Kw輸出電壓紋波：Vpp=2、2V Vm=4V電流紋波:0、25A開(kāi)關(guān)頻率:fs=100kHz相位裕度:60幅值裕度:10dBBoost主電路設(shè)計(jì)1、1占空比D計(jì)算D的變化范圍根據(jù)Boost變換器輸入輸出電壓之間的關(guān)系求出占空比inmaxD = yr= 07821、2臨界電感L計(jì)算DVJ1 - 0)2Lc 二 1*%選取L>Lc,在此選L=4uH1、3臨界電容C計(jì)算(取紋波Vpp<2、2V)loD 22.7 x 0.782C = = 100000x2.2 = S(k選取C>Cc,在此選C=100uF1、4輸出電阻阻值UUXUR = =

3、 9. 68I PBoost主電路傳遞函數(shù) Gvd(s)占空比d(t)到輸出電壓Vo(t)的傳遞函數(shù)為：(i-o)v(i-r)廠(chǎng) 才、(1-R) J?&訛=”云石丄門(mén)忑LCs + si 1 + (1 - D)Gvd(s) = 47.96 *(l-&7x 10_4X 10"叫2 + 4.13 x 10_7s + 0.048Boost變換器開(kāi)環(huán)分析2、1 PSIM 仿真電壓仿真波形如下圖電壓穩(wěn)定時(shí)間大約1、5毫秒，穩(wěn)定在220V左右 電壓穩(wěn)定后的紋波如下圖電壓穩(wěn)定后的紋波大約為2、2V 電流仿真波形如下圖電流穩(wěn)定時(shí)間大約2毫秒,穩(wěn)定在22A左右 電流穩(wěn)定后的紋波如下圖51

4、5V,則 HG2刼=442、2 Matlab仿真頻域特性設(shè)定參考電壓為 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為")=%心)H務(wù)其中HG)=譏(滬寸531Bsde Edl&rfor Open loop 1 (DL110*103(EEoep】出MaP.W,; -4.6Freqr 1Hz10"Firequency (Hz)由上圖可得，Gvd(s)的低頻增益為-60dB,截止頻率fc=196KHz,相位裕度-84、4,相位裕度過(guò)小,高頻 段就是-20dB/dec。系統(tǒng)不穩(wěn)定,需要加控制電路調(diào)整。1、開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在低頻段的增益較小，會(huì)導(dǎo)致較大的穩(wěn)態(tài)誤差2、 中頻段的剪切頻率較小會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)

5、速度，使調(diào)節(jié)時(shí)間較大。剪切頻率較大則會(huì)降低高頻抗干 擾能力。3、相角裕度太小會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量較大。4、高頻段就是-20dB/dec,抗干擾能力差。將H=220 = 44 ,“ '“-"代到未加補(bǔ)償器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中。貝UG心G曲©衛(wèi)呼處)其中(I L' S 1未加補(bǔ)償器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如圖jpeM nop Ron號(hào) Frttor fcrOpn W nop 1 (OH 1 i403020D-10也30CBs.pn1!口 £3O275SC531i10Freq合口列(Hzl三、Boost閉環(huán)控制設(shè)計(jì)3、1閉環(huán)控制原理輸出電壓采樣與

6、電壓基準(zhǔn)送到誤差放大器，其輸出經(jīng)過(guò)一定的補(bǔ)償后與PW調(diào)制后控制開(kāi)關(guān)管Q的通斷，控制輸出電壓的穩(wěn)定，同時(shí)還有具有一定的抑制輸入與負(fù)載擾動(dòng)的能力 令PW啲載波幅值等于4,則開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為F(s)=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)3、2補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)(使用SISOTOO確定參數(shù))fc處,;在大為此可原始系統(tǒng)主要問(wèn)題就是相位裕度太低、穿越頻率太低。改進(jìn)的思路就是在遠(yuǎn)低于穿越頻率給補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增加一個(gè)零點(diǎn)fz,開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)就會(huì)產(chǎn)生足夠的超前相移，保證系統(tǒng)有足夠的裕量于零點(diǎn)頻率的附近增加一個(gè)極點(diǎn)fP,并且為了克服穩(wěn)態(tài)誤差大的缺點(diǎn)，可以加入倒置零點(diǎn)fL,以采用如圖4所示的PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)電路寫(xiě)出的PID補(bǔ)

7、償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為(l+L)(l+f)z在此我們通過(guò)使用零點(diǎn)頻率極點(diǎn)頻率fp = 805K/Z倒置零點(diǎn)頻率舁=600Hz直流增益=02784cW11% + 5叫一竝血F551 一吶P 一亦/式中:Matlab中SISOTOOIX具來(lái)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)，可得:fz = 1,53/CHz首先確定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，按設(shè)計(jì)要求拖動(dòng)添加零點(diǎn)與極點(diǎn)，所得參數(shù)如圖Compen&atoiri(i 4 0.00015)(i + aooo叭C- = 27&4.Zk s (1 4 2e OT7s)Pole/ZercDynamicsEdit Selected DynamicsTypeLei 匚 atio

8、n Darnping Frequ&nReal Zero-9<51e + 0.11.53e+OO3Se-lect a single row to edit Real Pol#-5.0&e + 0.f.1S.05C4005Fteal Zero3-77e + O-Hk1600Integrator0-10加入PID之后,低頻段的增益抬高,穩(wěn)態(tài)誤差減小,如圖open-Lt>ap Hoae tdrtor tor open Loop l iOLI .irar “r8! r«- tIL-I- X J -A X LIIX _ X J J_U>J Lr i i 1 t

9、ri'i r i ii r n i in1 TrrriTOO0UDD_DO_OOO6 o9 4 3 3 1 1 _3 3 4 s ff 厳- f 斗21-Freq: 1 14e*0Q&Hz :.Staole bop513D S & 72'割3!2 Z 1 1aop) e曇210t-jWWFrequency (Hj)10閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如下圖T>fn*(3BE)幅值裕度為：GM=6 81dB,相角裕度:PM=49 6° ,截止頻率：fc=10KHz高頻段f>fp,補(bǔ)償后的系統(tǒng)回路增益在fc處提升至0dB,且以-40dB/dec的斜率下降,能夠

10、有效地抑制 高頻干擾。UP二口 k3、3計(jì)算補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)由sisotool得到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為=2784,7 X(1 + 0.0001s)(l + 0.00027s)“-7 、s(l + 2 x 10 s)由前面可有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：sW1(1 + )(1+) wzs%)= Gcmg(1+)對(duì)比兩式可得,假設(shè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中Ci=1依據(jù)前面的方法計(jì)算后,選用Rz=270,Rp=0、2,Rf=75、24,Cf=1、33uF四. 修正后電路PSIM仿真(1)額定輸入電壓,額定負(fù)載下的仿真電壓穩(wěn)定時(shí)間大約為2毫秒,穩(wěn)定值為220V,超調(diào)量有所減少，峰值電壓減小到了 260V、 穩(wěn)定后的電壓紋波如下圖（電壓紋波大約為2、2V）BOOS電路設(shè)計(jì)與仿真 電流紋波如下（電流紋波大約為0、07A）額定輸入電壓下,負(fù)載階躍變化0-3KW-5KW-3KW電壓響應(yīng)曲線(xiàn)如下圖電壓調(diào)節(jié)時(shí)間大約1ms,紋波不變大約為2、2V。由此可見(jiàn)，輸出電壓對(duì)負(fù)載變化的反應(yīng)速度很快且輸 出電壓穩(wěn)定。電流響應(yīng)曲線(xiàn)如下圖負(fù)載不變（3KW）,輸入電壓階躍變化48-36V 輸入電壓從48V變到36V時(shí)