BOOST電路設(shè)計(jì)與仿真

1、實(shí)用文檔一.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VppLc在此選L=4uH1.3臨界電容C計(jì)算（取紋波VppCc在此選C=100uF實(shí)用文檔1.4輸出電阻阻值U U XUR = y= -y = 9.68Boost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:1-占閑心+$1)+( 1-D)3(1-&7X10_6S)4xl010s2+4.13xlO_75-W.04aBoost 變換器開(kāi)環(huán)分析2.1 PSIM仿真電壓仿真波形如下圖G閉(s)=47 9I實(shí)用文檔電壓穩(wěn)定時(shí)間大約1.5毫秒，穩(wěn)定在22

2、0V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實(shí)用文檔電流穩(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2.2 Matlab仿真頻域特性設(shè)定參考電壓為5V,則H一 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為八 5其中八,實(shí)用文檔GM = Gljrf(5)Gc(5)H(s)Gl(s)，其中億 宀* 1 2 3 4未加補(bǔ)償器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如圖3 3S SSide dtorfar Open Loop 1 (DL1O可】*_u_JKnac c o o o oO弟0 0 7 7右5 5 * * 3-3-50505 5 o o3 3 2 2 Z Z(口建爲(wèi)壬P 34 6 JegF

3、g: 1H：實(shí)用文檔io310*1Q4Frequency (Hz)三.Boost 閉環(huán)控制設(shè)計(jì)3.1閉環(huán)控制原理3peiLoci Bode Editor fcr Open Loop 1 (OLH)O-OO-DOOOOODOO-OO-DOOOOODO4 4 3 3 2 2 1-1.2-3-41-1.2-3-4占-e-e E EP,M ; -It degFreq; 4.&6e+C03 Hz實(shí)用文檔輸出電壓采樣與電壓基準(zhǔn)送到誤差放大器，其輸出經(jīng)過(guò)一定的補(bǔ)償后與PWM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和負(fù)載擾動(dòng)的能力。令PWM的載波幅值等于4,則開(kāi)環(huán)傳遞函

4、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SISOTOOL確定參數(shù))原始系統(tǒng)主要問(wèn)題是相位裕度太低、穿越頻率太低。改進(jìn)的思路是在遠(yuǎn)低于穿越頻率fc處，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；在大于 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，為此可以 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)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:GC(5)=式中：I在此我們通過(guò)使用Matlab中SISOTOO工具來(lái)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)，可得:極點(diǎn)頻率ft=600Hx倒置零點(diǎn)頻率首先確定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)

5、，按設(shè)計(jì)要求拖動(dòng)添加零點(diǎn)與極點(diǎn)，所得參數(shù)如圖零點(diǎn)頻率fz= 1.53KHz=8 05KHz直流增益Gcm= 0,2784實(shí)用文檔匚ompensator(1十0.0001s) (1 4C二2734.7工-s (1 + 2e-007Pole/Zerc加入PID之后，低頻段的增益抬高，穩(wěn)態(tài)誤差減小，如圖Edrt Selected DynamicsTypelocationDamping Freque.Ft?a I Zero9.5le + 0. I1.53e+OO3Rtal Pole5nO&e +0,HI8.05e+005Flea I Zero-3.77 e + 0.l600Integ rate

6、 r00DyriamiesSelect a single row to editOpen-Loop EditorTOTopen Loop I ion iG.W ;661 dB_Freq： 11*5 仍 Hz ；: _I IStaole loop心0 0心crcr -4-431312020左EMIJ1010c10*詒Frtqueficy (Hz)10670702 2s O云世諂raLd10s1010O O135901135901實(shí)用文檔閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如下圖實(shí)用文檔3.3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:由前面可有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:對(duì)比兩式可得，假設(shè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中C=

7、1F幅值裕度為：GM=6.81dB,相角裕度：PM=49.6,截止頻率：fc=10KHz高頻段ffp,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， 能夠有效地抑 制高頻干擾。= 2784.7 X(l+0,0C01s)s(l+2:廠crnSWr(i+)實(shí)用文檔依據(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)載下的仿真實(shí)用文檔電壓穩(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 穩(wěn)定后的電壓紋波如下圖（電壓紋波大約為2.2V）260V.實(shí)用文檔

8、實(shí)用文檔實(shí)用文檔（2）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（3）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)的電壓響應(yīng)如下圖實(shí)用文檔由上圖可知，輸出電壓調(diào)節(jié)時(shí)間大約為1ms,而且穩(wěn)壓效果好五設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)BOOST變換器的設(shè)計(jì)，可以看出閉環(huán)控制的穩(wěn)壓及抑制干擾的作用。在設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路可用sisotool電路特性進(jìn)行修正，從而得到較為理想的幅值裕度、相角裕度和閉 環(huán)階躍響應(yīng)，從而提高PID的調(diào)節(jié)性能。輸出電壓的局部放大圖像如下圖實(shí)用文檔f334SieW10101010Frequency (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