(完整word版)Boost电力电子课程设计

一个 Boost变换器的设计

课程名称：设计题目：专 业：班 级：学 号：姓 名：指导教师：

电力电子课程设计 一个 Boost变换器的设计 自动化 自动化1

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广西大学电气工程学院课程设计

1．题目

一个Boost变换器的设计

2．任务

设计一个Boost变换器，已知V1=24V±10%，V2=36V，I0=0～1A。要求如下： 1）选取电路中的各元件参数，包括Q1、D1、L1和C1，写出参数选取原则和计算公式；

2）编写仿真文件，给出仿真结果：（1）电路各节点电压、支路流图仿真结果；（2）V2与IO的相图（即V2为X坐标；IO为Y坐标）；（3）对V2与IO进行纹波分析；（4）改变R1，观察V2与IO的相图变化。

3）课程设计说明书用A4纸打印，同时上交电子版（含仿真文件）； 4）课程设计需独立完成，报告内容及仿真参数不得相同。

3． 说明

仿真软件采用PSIM，免费试用程序及其说明书见附件。

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一、Boost电路的分析

1、工作原理

升压斩波电路的原理图如图1所示。由可控开关Q1、储能电感L1、二极管D1、滤波电容C1、负载电阻R1等组成。

图 1 Boost电路原理图

当开关管Q1受控制电路的脉冲信号触发而导通时，输入直流电压V1全部加于储能电感L1的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D1反向偏置截止，储能电感L1将电能变换成磁能储存起来。电流从电源的正端经Q1及L1流回电源的负端。经过ton时间以后，开关管Q1受控而截止时，储能电感L1自感电势的极性变为上负下正，二极管D1正向偏置而导通，储能电感L1所存储的磁能通过D1向负载 R1释放，并同时向滤波电容C1充电。经过时间Toff后，控制脉冲又使Q1导通，D1截止，L1储能，已充电的C1向负载R1放电，从而保证了向负载的供电。

图2 Boost变换器电路工作过程

2、电路参数的选择:

已知：V1=24V±10%， V2=36V， I0=0～1A。

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1、占空比D

由

V21V2V1得，D V11DV2V2＝36V，V1min＝21.6V，V1max＝26.4V 所以DminDmaxV2V1max0.267 V2V2V1min0.4 V22、电感L

开关频率越高，电感器的感值就取得越小，体积越小，但开关频率高了会加重开关管的负担。所以取开关频率为80KHz。

TS111.2510-5s fs80000V2TS361.2510-522LD(1D)0.33（1-0.33）33H

2I021一般取了L1=1.5L=1.533=49.5H 3、电容C

在boost电路中，对于二极管D的电流iD和输出电压V2，二极管截止时，电容C放电，V2下降；而二极管导通时，电容C充电，V2上升。在开关电源中，输出电容的作用是存储能量，维持一个恒定的电压。电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小，选用电容器时，应注意其耐压是否符合电路的要求

CV2DTS 2uR输入电压25V，输出电压36V，输出电流为1A，此时纹波为0.1V。

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CIV21DTS0DmaxTs0.41.2510-525F 2uR2u20.14、开关管MOSFET

功率管的选择需要考虑能承受之电压以及电流额定值，可知功率开关关闭时，其电压最大为：

VQ1maxV2

IQ1DI01D

电流的额定值为：5、二极管

选择续流二极管的重要的标准是：开通速度、击穿电压、额定电流、正向导通电压。开关电源中，通常选择低正向导通电压的肖特基二极管。VD1maxV2

额定电流为：ID1II(1D)I0 续流二极管的损耗计算：

PDVDIo

二、仿真分析

电路图如图:

电路参数选择：V1=25V，D=0.306，L1=50u，C1=25u，R1=36

(1)电路各节点电压、支路流图仿真结果如下

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输入电压：

V1302010000.0020.004Time (s)0.006 输出电压：

V280604020000.0020.004Time (s)0.006 Ug电压：

V31.510.5000.010.02Time (ms)0.030.04 - 6 -

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开关管电压值：

V41008060402000.004220.004240.00426Time (s)0.004280.0043 电感电流：

I132.521.510.50.00526Time (s)0.005280.0053 二极管电流：

I232100.004880.0049Time (s)0.004920.00494 - 7 -

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负载电流：

I321.510.5000.0020.004Time (s)0.0060.008 电容电流：

I4210-1-20.005620.00564Time (s)0.005660.00568 2）V2与IO的相图（即V2为X坐标；IO为Y坐标）R=36时相图如下：

I321.510.5002040V26080 - 8 -

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（3）对V2与IO进行纹波分析；

V236.13635.935.835.70.006650.00666Time (s)0.006670.00668 v2纹波

从图中可以看出纹波大小为：u20.09V

I31.0061.0041.00210.9980.9960.9940.006320.00633Time (s)0.006340.00635 Io纹波

Io的纹波大小为：i00.0022A

分析纹波：从仿真结果可知u20.09V与假设之前u20.1V相差不多，符合设计要求。 （4）改变R1，观察V2与IO的相图变化。减小R1取1相图如下：

I340302010001020V23040 - 9 -

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增大R1取80如下：

I310.80.60.40.2002040V26080 改变电阻大小，会影响V2与Io之间的相图变化，R1增大斜率kIO减小，R1减小斜率V2kIO增大。可见，R1与V2成正比，与Io成反比。 V2总结：

1、当输入电压为已知，要求输出电压在期望值附近时，我们可以通过调节占空比来实现所需要到达的电压值，改变占空比进行调节,从而使输出电压在比较理想的范围内。

2、通过这个课程设计，我们了解了boost电路的工作原理、特点、参数的选择、以及波形的分析、而且在psim软件仿真了解波形的特点，从而判断电路的工作状态。

3、我们采用了电感电流工作在连续的状态，通过仿真可以看出boost电路的各节点电压、电流的波形图，更进一步的掌握了boost电路的分析，为以后的应用打下了良好的基础。

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