BOOST电路设计与仿真.docx

目录
TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc422768432"一.Boost主电路设计： PAGEREF_Toc422768432\h3
HYPERLINK\l"_Toc422768433"1.1占空比D计算 PAGEREF_Toc422768433\h3
HYPERLINK\l"_Toc422768434"1.2临界电感L计算 PAGEREF_Toc422768434\h3
HYPERLINK\l"_Toc422768435"1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） PAGEREF_Toc422768435\h3
HYPERLINK\l"_Toc422768436"1.4输出电阻阻值 PAGEREF_Toc422768436\h3
HYPERLINK\l"_Toc422768437"二.Boost变换器开环分析 PAGEREF_Toc422768437\h4
HYPERLINK\l"_Toc422768438"2.1PSIM仿真 PAGEREF_Toc422768438\h4
HYPERLINK\l"_Toc422768439"2.2Matlab仿真频域特性 PAGEREF_Toc422768439\h6
HYPERLINK\l"_Toc422768440"三.Boost闭环控制设计 PAGEREF_Toc422768440\h7
HYPERLINK\l"_Toc422768441"3.1闭环控制原理 PAGEREF_Toc422768441\h7
HYPERLINK\l"_Toc422768442"3.2补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） PAGEREF_Toc422768442\h8
HYPERLINK\l"_Toc422768443"3.3计算补偿网络的参数 PAGEREF_Toc422768443\h9
HYPERLINK\l"_Toc422768444"四．修正后电路PSIM仿真 PAGEREF_Toc422768444\h10
HYPERLINK\l"_Toc422768445"五．设计体会 PAGEREF_Toc422768445\h13


Boost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
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。
D=UO-UinmaxUO=0.782
1.2临界电感L计算
Lc=DVo1-D22fsio=1.8μH

选取L>Lc，在此选L=4uH
1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）
C=IODfsVPP=22.7×0.782100000×2.2=80.6μF

选取C>Cc，在此选C=100uF
1.4输出电阻阻值
R=UI=U×UP=9.68
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：
Gvds=1-DV(1-LS（1-D)2R)LCs2+sLR+(1-D)2
Gvds=47.96*1-8.7×10-6s4×10-10s2+4.13×10-7s+0.048
二.Boost变换器开环分析
2.1PSIM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Hs=5220=144，Gms=1Vm=14
系统的开环传递函数为Tos=GvdsGcsHsGms,其中Hs=1，Gcs=1

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Hs=5220=144，Gms=1Vm=14代到未加补偿器的开环