BOOST電路設(shè)計(jì)及仿真0001

1、.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213臨界電容C計(jì)算（取紋波VppLc,在此選L=4uH13臨界電容C計(jì)算(取紋波VppCc,在此選 OlOOuF1.4輸岀電阻阻值Boost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:二Boost變換器開環(huán)分析2.1 PSIM 仿真電壓仿真波形如下圖電壓穩(wěn)定時間大約1.5毫秒，穩(wěn)定在220V左右電壓穩(wěn)定后的紋波如下圖電壓穩(wěn)定后的紋波大約為2.2V電流仿真波形如下圖電流穩(wěn)定時間大約2毫秒，穩(wěn)定在22A左右電流穩(wěn)定后的紋波如下圖12.2 Matlab仿真頻域特性5111設(shè)定參考電壓為5V, 5

2、!iJH（S）= 220 = 44，一專一 4系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為ToG） = G“d（s）Gc（s）H（s）Gm（s）,其中H（s） = 1 , Gc（s） = 150(8P)Gpn 七匚 &乏6BP)由上圖可得，Gvd(s)的低頻增益為-60dB,截止頻率fc二196KHz,相位裕度-84.4,相位裕度過小， 高頻段是-20dB/deco系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要加控制電路調(diào)整。1、開環(huán)傳遞函數(shù)在低頻段的增益較小，會導(dǎo)致較大的穩(wěn)態(tài)誤差2、中頻段的剪切頻率較小會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使調(diào)節(jié)時間較大。剪切頻率較大則會降低高頻抗 干擾能力。3、相角裕度太小會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量較大。4、

3、高頻段是-20dB/dec,抗干擾能力差。51-11H (s) = (S)=喬一=百W220 44 ,卩尬4代到未加補(bǔ)償器的開環(huán)傳遞函數(shù)中。則G(s) = G閉仇H(S)G曲，其中Gc=1未加補(bǔ)償器的開環(huán)傳遞函數(shù)如圖403O2010O-1O-2O-3090io4 Frequency (Hz)5310 5 0 5 27221813 03Pessdio5三.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)過一定的補(bǔ)償后與PWM調(diào)制后控制開關(guān)管Q的通斷，控制輸出電壓的穩(wěn)定，同時還有具有一定的抑制輸入和負(fù)載擾動的能力。令PWM的載波幅值等于4,則開環(huán)傳遞函數(shù)為F

4、(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)增加一個零點(diǎn)fz,開環(huán)傳遞函數(shù)就會產(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)，可以加入倒責(zé)零點(diǎn)化，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:式中:Rfz + Rip_ Riz + Rip W = RRC在此我們通過使用Matlab中SISOTOOL工具來設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù),可得:零點(diǎn)頻率f2 = 1.5

5、3KHz為=805KHz極點(diǎn)頻率倒置零點(diǎn)頻率直流增益扛=600Hz= 0.2784首先確定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，按設(shè)計(jì)要求拖動添加零點(diǎn)與極點(diǎn)，所得參數(shù)如圖Compe nsator2784.7(1 0.0001s) (1 十 0.00027s)s (1 4 2e-007s)Pole/ZeroTypeLocati onDamping Freque.Real Zero-9.61e + 0.11.53e+OO3Real Pole-5.06e + 0.18.05e+005Real Zero-3.77e + 0.1600Integrator0-10DynamicsEdit Selected Dynamics

6、Select a single row to edit-加入PID之后，低頻段的增益抬高，穩(wěn)態(tài)誤差減小，如圖30(0P) 6*2是s5040o O2GM:6.81dB:：:：_Freq: 1.14e+005 Hz J. J. J.1111U.L J J.LLLUL. I I I I I 111I I I I I I IIIStable loop:;:：409013510io2345610 10 10 10Frequency (Hz)1072722 O3P) Qsd103閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線如下圖1.5SepRe：|Mnae*Th(ae:)幅值裕度為：GM二681dB,相角裕度：PM二49.6。,截

7、止頻率：fc二lOKHz高頻段ffp,補(bǔ)償后的系統(tǒng)回路增益在fc處提升至OdB,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：Gc =2由前面可有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:依據(jù)前面的方法計(jì)算后，選用Rz=270, Rp=0.2, Rf=75.24, Cf=1.33uF0四.修正后電路PSIM仿真(1)額定輸入電壓，額定負(fù)載下的仿真電壓穩(wěn)定時間大約為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圖（電壓紋波大約為2.2V）電流紋波如下（電流紋波大約為007A）驗(yàn)證擾動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)曲線如下圖電壓調(diào)節(jié)時間大約Ims,紋波不變大約為2.2VO由此可見，輸出電壓對負(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時的電壓響應(yīng)如下圖輸岀電壓的局部放大圖像如下圖由上圖可知，輸出電壓調(diào)節(jié)時間大