电力电子课程设计--boost电路的建模与仿真

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1、课程设计说明书课程名称：电力电子课程设计设计题目：Boost电路的建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：2二○一五年一月2目录引言课程设计任务书3第一章电路原理分析4第二章电路状态方程52.1当V处于通态时52.2当V处于断态时5第三章电路参数的选择63.1占空比的选择63.2电感L的选择63.3电容C的选择73.4负载电阻R的选择7第四章电路控制策略的选择84.1电压闭环控制策略84.2直接改占空比控制输出电压8第五章MATLAB编程95.1定义状态函数95.2主程序的编写95

2、.3运行结果12第六章Simulink仿真166.1电路模型的搭建166.2仿真结果16第七章结果分析18参考文献19-21-引言课程设计任务书题目Boost电路建模、仿真任务建立Boost电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。要求课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。V1=20V±10%V2=40VI0=0~1AF=50kHZ-21-第一章电路原理分析Boost电路，即升压斩波电路（

3、BoostChopper），其电路图如图1－1所示。电路中V为一个全控型器件，且假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E（电压大小为）向电感L充电，电流流过电感线圈L，电流近似线性增加，电能以感性的形式储存在电感线圈L中。此时二极管承受反压，处于截断状态。同时电容C放电，C上的电压向负载R供电，R上流过电流R两端为输出电压（负载R两端电压为），极性为上正下负，且由于C值很大，故负载两端电压基本保持为恒值。当V处于断态时，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持不变，这样

4、E和L串联，以高于电压向电容C充电、向负载R供电。下图1－2为V触发电流和输出负载电流的波形，图1－3为电感充放电电流的波形。图2－1-21-第二章电路状态方程为了方便后面MATLAB程序的编写，此文中选取电感电流iL和电容电压V2为两个状态变量，，建立状态方程。2.1当V处于通态时电源E对L充电，设电感电流初值为，即由可得L电流为：设通态时间为，则时L电流达到最大，（式2－1）同时，电容C向负载供电，其电流为：电路状态方程如下：2.2当V处于断态时电源和电感L同时向负载R供电，L电流的初始值则为V处于

5、通态的终值，由可得：（式2－2）设断态时间为，则时L电流将下降到极小值，即为，故由（式2－2）得：，于是得到。令，并设占空比，升压比为，其倒数为，则与的关系可表示为：（式2－3）由此式可见，，故，则达到电压升高的目的。电路状态方程如下：-21-第三章电路参数的选择3.1占空比的选择由（式2－3）可得：，其中V1=12V±10%，V2=24V故可得：3.2电感L的选择在该电路中，前面已经假设电感L的值必须足够大，在实际中即要求电感有一个极限最小值，若L<，将导致电感电流断续，并引起MOSFET元件V和续流

6、二极管VD以及电感L两端的电压波形出现台阶，如图3－1所示。这种情况将导致输出电压纹波增大、电压调整率变差，为防止此不良情况的出现，电感L需满足下式要求：（式3－1）根据临界电感的定义可知，当储能电感时，V导通时，通过电感的电流都是从零（即）近似线性增加至其峰值电流，而V截止期间，由下降到零。在此情况时，刚好处在间断与连续的边缘，而且MOSFET、二极管和电感两端电压的波形也刚好不会出现台阶，此时电感电流的平均值正好是其峰值电流的一半。即（式3－2）且此时有，，代入（式2－3）得：（式3－3）由（式3－

7、2）和（式3－3）得：（式3－4）-21-根据电荷守恒定律，电路处于稳定状态时，电感L在V截止期间所释放的总电荷量等于负载在一个周期T内所获得的电荷总量，即（式3－5）由（式3－4）和（式3－5）得：（式3－6）已知数据V2=24V，，并取V1=12V，，代入（式3－6）得：故由（式3－1）得：3.3电容C的选择在该电路中，当V截止、VD导通时，电容C充电，上升，此时流过二极管VD的电流等于电感L的电流。设流过C的电流为，流过R的电流为（此处将其近似看成一周期内的平均值为），则（式3－7）由（式3－7）

8、与（式2－2）得：通过求出期间充电电压的增量，就可得到输出脉动电压峰峰值（式3－8）由于此过程中负载电流可看成线性变化，且认为电容C的电压由0开始上升，并且到时电感L电流刚好下降为0，故（式3－9）（式3－10）将（式3－9）和（式3－10）代入（式3－8）并整理得：（式3－11）已知V1=12V，V2=24V，取，则由（式3－11）得：当取时，当取时，当取时，-21-3.4负载电阻R的选择根据公式可得：第四章电路控制策略的选择4.1电压闭