目錄一.Boost主電路設(shè)計(jì)：31.1占空比D計(jì)算31.2臨界電感L計(jì)算31.3臨界電容C計(jì)算〔取紋波Vpp<2.2V〕31.4輸出電阻阻值3二.Boost變換器開(kāi)環(huán)分析42.1PSIM仿真42.2Matlab仿真頻域特性6三.Boost閉環(huán)控制設(shè)計(jì)73.1閉環(huán)控制原理73.2補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)〔使用SISOTOOL確定參數(shù)〕83.3計(jì)算補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)9四．修正后電路PSIM仿真10五．設(shè)計(jì)體會(huì)13Boost變換器性能指標(biāo):輸入電壓：標(biāo)準(zhǔn)直流電壓Vin=48V輸出電壓：直流電壓Vo=220V參考電壓Vref=5V輸出功率：Pout=5Kw輸出電壓紋波：Vpp=2.2VVm=4V電流紋波：0.25A開(kāi)關(guān)頻率：fs=100kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一.Boost主電路設(shè)計(jì)：1.1占空比D計(jì)算根據(jù)Boost變換器輸入輸出電壓之間的關(guān)系求出占空比D的變化范圍。D=1.2臨界電感L計(jì)算Lc=選取L>Lc，在此選L=4uH1.3臨界電容C計(jì)算〔取紋波Vpp<2.2V〕C=選取C>Cc，在此選C=100uF1.4輸出電阻阻值RBoost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：GG二.Boost變換器開(kāi)環(huán)分析2.1PSIM仿真電壓仿真波形如下列圖電壓穩(wěn)定時(shí)間大約1.5毫秒，穩(wěn)定在220V左右電壓穩(wěn)定后的紋波如下列圖電壓穩(wěn)定后的紋波大約為2.2V電流仿真波形如下列圖電流穩(wěn)定時(shí)間大約2毫秒，穩(wěn)定在22A左右電流穩(wěn)定后的紋波如下列圖2.2Matlab仿真頻域特性設(shè)定參考電壓為5V，那么Hs=系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為Tos=Gvd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、中頻段的剪切頻率較小會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使調(diào)節(jié)時(shí)間較大。剪切頻率較大那么會(huì)降低高頻抗干擾能力。3、相角裕度太小會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量較大。4、高頻段是-20dB/dec,抗干擾能力差。將Hs=5220=144，Gms三.Boost閉環(huán)控制設(shè)計(jì)3.1閉環(huán)控制原理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，那么開(kāi)環(huán)傳遞函數(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。改良的思路是在遠(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)，可以參加倒置零點(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)電路寫出的PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：G式中：Gcm=-RfRiz在此我們通過(guò)使用Matlab中SISOTOOL工具來(lái)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù),可得:零點(diǎn)頻率極點(diǎn)頻率f倒置零點(diǎn)頻率f直流增益G首先確定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，按設(shè)計(jì)要求拖動(dòng)添加零點(diǎn)與極點(diǎn)，所得參數(shù)如圖參加PID之后，低頻段的增益抬高，穩(wěn)態(tài)誤差減小，如圖閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線如下列圖幅值裕度為：GM=6.81dB，相角裕度：PM=49.6°，截止頻率：fc=10KHz高頻段f>fp，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。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：G由前面可有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：G比照兩式可得，假設(shè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中Ci=1μF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)載下的仿真電壓響應(yīng)如下列圖電壓穩(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260V.穩(wěn)定后的電壓紋波如下列圖〔電壓紋波大約為2.2V〕電流紋波如下〔電流紋波大約為0.07A〕驗(yàn)證擾動(dòng)psim圖〔2〕額定輸入電壓下，負(fù)載階躍變化0-3KW-5KW-3KW電壓響應(yīng)曲線如下列圖電壓調(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)載變化的反響速度很快且輸出電壓穩(wěn)定。電流響應(yīng)曲線如下列圖〔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)如下列圖輸出電壓的局部放大圖像如下列圖由上圖可知，輸出電壓調(diào)節(jié)時(shí)間大約為1ms，而且穩(wěn)壓效果好