Boost电力电子课程设计.docx
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Boost电力电子课程设计
一个Boost变换器的设计
课程名称:
电力电子课程设计
设计题目:
一个Boost变换器的设计
专业:
自动化
班级:
自动化1
学号:
姓名:
指导教师:
1.题目
一个Boost变换器的设计
2.任务
设计一个Boost变换器,已知V1=24V±10%,V2=36V,I0=0~1A。
要求如下:
1)选取电路中的各元件参数,包括Q1、D1、L1和C1,写出参数选取原则和计算公式;
2)编写仿真文件,给出仿真结果:
(1)电路各节点电压、支路流图仿真结果;
(2)V2与IO的相图(即V2为X坐标;IO为Y坐标);(3)对V2与IO进行纹波分析;(4)改变R1,观察V2与IO的相图变化。
3)课程设计说明书用A4纸打印,同时上交电子版(含仿真文件);
4)课程设计需独立完成,报告内容及仿真参数不得相同。
3.说明
仿真软件采用PSIM,免费试用程序及其说明书见附件。
一、Boost电路的分析
1、工作原理
升压斩波电路的原理图如图1所示。
由可控开关Q1、储能电感L1、二极管D1、滤波电容C1、负载电阻R1等组成。
图1Boost电路原理图
当开关管Q1受控制电路的脉冲信号触发而导通时,输入直流电压V1全部加于储能电感L1的两端,感应电势的极性为上正下负,二极管D1反向偏置截止,储能电感L1将电能变换成磁能储存起来。
电流从电源的正端经Q1及L1流回电源的负端。
经过ton时间以后,开关管Q1受控而截止时,储能电感L1自感电势的极性变为上负下正,二极管D1正向偏置而导通,储能电感L1所存储的磁能通过D1向负载R1释放,并同时向滤波电容C1充电。
经过时间Toff后,控制脉冲又使Q1导通,D1截止,L1储能,已充电的C1向负载R1放电,从而保证了向负载的供电。
图2Boost变换器电路工作过程
2、电路参数的选择:
已知:
V1=24V±10%,
V2=36V,
I0=0~1A。
1、占空比D
由
得,
V2=36V,V1min=21.6V,V1max=26.4V
所以
2、电感L
开关频率越高,电感器的感值就取得越小,体积越小,但开关频率高了会加重开关管的负担。
所以取开关频率为80KHz。
一般取了L1=1.5L=1.5
33=49.5
3、电容C
在boost电路中,对于二极管D的电流iD和输出电压V2,二极管截止时,电容C放电,V2下降;而二极管导通时,电容C充电,V2上升。
在开关电源中,输出电容的作用是存储能量,维持一个恒定的电压。
电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小,选用电容器时,应注意其耐压是否符合电路的要求
输入电压25V,输出电压36V,输出电流为1A,此时纹波为0.1V。
4、开关管MOSFET
功率管的选择需要考虑能承受之电压以及电流额定值,可知功率开关关闭时,其电压最大为:
电流的额定值为:
5、二极管
选择续流二极管的重要的标准是:
开通速度、击穿电压、额定电流、正向导通电压。
开关电源中,通常选择低正向导通电压的肖特基二极管。
额定电流为:
续流二极管的损耗计算:
二、仿真分析
电路图如图:
电路参数选择:
V1=25V,D=0.306,L1=50u,C1=25u,R1=36
(1)电路各节点电压、支路流图仿真结果如下
输入电压:
输出电压:
Ug电压:
开关管电压值:
电感电流:
二极管电流:
负载电流:
电容电流:
2)V2与IO的相图(即V2为X坐标;IO为Y坐标)R=36
时相图如下:
(3)对V2与IO进行纹波分析;
v2纹波
从图中可以看出纹波大小为:
Io纹波
Io的纹波大小为:
分析纹波:
从仿真结果可知
与假设之前
相差不多,符合设计要求。
(4)改变R1,观察V2与IO的相图变化。
减小R1取1
相图如下:
增大R1取80
如下:
改变电阻大小,会影响V2与Io之间的相图变化,R1增大斜率
减小,R1减小斜率
增大。
可见,R1与V2成正比,与Io成反比。
总结:
1、当输入电压为已知,要求输出电压在期望值附近时,我们可以通过调节占空比来实现所需要到达的电压值,改变占空比进行调节,从而使输出电压在比较理想的范围内。
2、通过这个课程设计,我们了解了boost电路的工作原理、特点、参数的选择、以及波形的分析、而且在psim软件仿真了解波形的特点,从而判断电路的工作状态。
3、我们采用了电感电流工作在连续的状态,通过仿真可以看出boost电路的各节点电压、电流的波形图,更进一步的掌握了boost电路的分析,为以后的应用打下了良好的基础。