开关电源Boost仿真电路.docx
半mas薄曲M(bgsf) n>府<都>。9。3 滓BN”S®<席”。9。6。6。328基于Matlab/Simulink的BOOST电路仿真1. Boost电路的介绍：Boost电路又称为升压型斩波器，是一种直流-直流变换电路，用于将直流电源 电压变换为高于其值的直流电压，实现能量从低压侧电源向高压侧负载的传递。 此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位，长期以来广泛的应用于各种电 源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路 工作过程的理解，然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程 的分析，而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程，不利于读者理解电 路的整个工作过程和升压原理。采用simulink仿真分析方法，可直观、详细的描 述BOOST电路由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行细致深入的 分析，便于我们真正掌握BOO ST电路的工作特性。其电路结构如图所示。Finrc 1: The Cou erter2.Simulink仿真分析：Simulink是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和 数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿 真，均可以得到精确的仿真结果。本文应用基于Matlab/Simulink软件对BOO ST 电路仿真，仿真图如图3所示，其中IGBT作为开关，以脉冲发生器脉冲周期 T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真开关S的通断过程。BOOST电路的仿真模型3.电路工作原理:在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能;当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而 在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电 回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负 载侧输出电压的平均值为:3-1式(3-1)中T为开关周期，.为导通时间，升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。在以上分析中，认为开关处于通态期间因电容C的作用使得输出电压=不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，必然会有所下降，故实际 输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本 可以忽略。4.1在模型中设置仿真参数:(1)设置电源电压为200V,电阻的阻值为50。(2)脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms和，脉冲宽度为50%。(3) IGBT和二极管的参数可以保持默认值。(4)初选L的值为0.1mh, C的值为100叶。4.2启动仿真:仿真参数：设置仿真时间为0.03s，算法采用ode15s。仿真波形如图1所示,其放大的电路图为图2,所对应的开关管电压的波形、 二极管电流的波形、输出电压的波形、开关管电流的波形、现分析其工作过程如 下：00.1ms时段：开关处于断开状态，直流电源通过电感、二极管向负载供电, 电路处于稳态。图1电路相应信号仿真波形0.1ms0.2ms时段：开关于0.1ms0.2ms之间闭合，并保持闭合状态直到0.2ms,电路处于图2. a）状态。由于电路开关状态发生突变，电路进入暂态。 由于开关闭合，开关电压降为0,电感两端产生压降，电感电流开始增长，电感开 始储存能量；此时二极管D处于断态，输出端由电容C向负载RL提供能量，因 此可以明显的观察到，电容上的输出电压在下降，这意味着电容在释放刚刚静态 时储存的能量。0.2ms0.3ms时段：开关于0.2ms0.3ms之间断开，并保持断开状态直到0.3ms,电路处于图2. b）状态。电路开关状态再次发生突变，电路仍处在暂态 中。电感与电源V串联，以高于电源的电压向电路的后级供电，使电路产生了升 压作用。此时，电感向后级电路释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管到达输出端后，一部分给输出提供能量，一部分给电容充电，可以观察到，电 容上的电压在上升，电容开始储存能量。电路在0.1ms0.3ms时段之间的工作过程是BOOST电路的第一个工作周期，此后电路重复上述过程继续工作。图2电路相应信号放大仿真波形4.3电路稳定过程的分析：观察图1易见，电路输出电压，电感电流在5ms左右趋于稳定，电路进入稳 态。4.4电路稳态分析对4.5m s5m s时段进行扫描分析，对应的输出波形如图3.1.1.2所示，电 路的工作过程与图3.1.1.1类似，只是此刻电感、电容均已进入稳定工作状态，每 个工作周期电感提供相同大小的电压，电感电流下降的斜率一定，电感吸收的能 量等于释放的能量，电容充电能量等于放电能量，电感、电容不再吸收能量而成 为能量传递的工具。通过改变电感的值可更清楚的观察电感电流的波形，如图所示5结论:以上的仿真过程分析，可以得到以下结论：直流变换电路主要以全控型电力 电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与关断，将恒定的直流斩成断续 的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。体现IGBT的斩波作用，利用 Simulink对升压斩波电路的仿真结果进行了分析，与采用常规电路分析方法所得 到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
