电力电子课程设计--Boost电路的建模与仿真-精品

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：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.................................................................................................................95.3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.........................................................................................................................................19-3-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-4-第一章电路原理分析Boost电路，即升压斩波电路（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1V）向电感L充电，电流Li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0IR两端为输出电压0U（负载R两端电压为2V），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Li不变，这样E和L串联，以高于0U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2－1-5-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0LI，即由1LLdiVLVdt可得L电流为：110LLVVidttILL设通态时间为ont，则ontt时L电流达到最大，1.max0LonLVitIL（式2－1）同时，电容C向负载供电，其电流为：RVdtdVCic22电路状态方程如下：1LLdiVVdtLL22dVVdtCR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处于通态的终值.maxLi，由12LLdiVLVVdt可得：1212.maxLLVVVVidttiLL（式2－2）设断态时间为offt，则offtt时L电流将下降到极小值，即为0LI，故由（式2－2）得：120.maxLoffLVVItiL，于是得到offoffontVttV21)(。令onoffTtt，并设占空比ontT，升压比为offTt，其倒数为offtT，则1V与2V的关系可表示为：2111VV（式2－3）由此式可见，1，故21VV，则达到电压升高的目的。电路状态方程如下：12LdiVVdtL22LdViRVdtRC-6-第三章电路参数的选择3.1占空比的选择由（式2－3）可得：212VVV，其中V1=12V±10%，V2=24V故可得：55.045.0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minL，若LminL，将导致电感电流断续，并引起MOSFET元件V和续流二极管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：min1.3LL（式3－1）根据临界电感minL的定义可知，当储能电感minLL时，V导通时，通过电感的电流Li都是从零（即00LI）近似线性增加至其峰值电流maxLi，而V截止期间，Li由maxLi下降到零。在此情况时，Li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Li的平均值LI正好是其峰值电流maxLi的一半。即max12LLIi（式3－2）且此时有00LI，minLL，代入（式2－3）得：21.maxminLoffVVitL（式3－3）由（式3－2）和（式3－3）得：21min12LoffVVItL（式3－4）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0LoffItIT（式3－5）由（式3－4）和（式3－5）得：-7-22221212112min000()1()()/222offVVTVVtVVTVVLTITII（式3－6）已知数据V2=24V，1/0.02Tfms，并取V1=12V，00.5IA，代入（式3－6）得：H60Lmin故由（式3－1）得：H78L3.1Lmin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，2V上升，此时流过二极管VD的电流Di等于电感L的电流Li。设流过C的电流为Ci，流过R的电流为2i（此处将其近似看成一周期内的平均值为0I），则20CDLiiiiI（式3－7）由（式3－7）与（式2－2）得：12max0CLVVitiIL通过Ci求出offt期间C充电电压的增量，就可得到输出脉动电压峰峰值12max00011()offoffttCLVVUidttiIdtCCL212max01[()]2LoffoffVViIttCL（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