电力电子课程设计_Boost电路的建模与仿真.doc

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： 10电气（4）班 学 号： 姓 名： 指导教师： 杨金明 华南理工大学电力学院 二○一四 年 一 月 目录 0、 引言——本课程设计的目的及要求 3 课程设计任务书 3 1、电路原理分析 3 1.1、电路基本原理 3 1.2、Boost电路升压原理 4 2、电路状态分析并建立状态方程 5 2.1、状态分析 5 2.2、建立状态方程 5 3、电路参数的选择 6 3.1、占空比的选择 6 3.2、电感L的选择 6 3.3、电容C的选择 7 3.4、负载电阻R的选择 7 4、 电路控制策略的选择 7 5、MATLAB程序编写 8 5.1、相关函数定义 8 5.2、主程序的编写 8 5.3、程序运行 11 6、 Simulink仿真 19 6.1、电路模型的搭建 19 6.2、仿真结果 19 7、结论 26 8、参考文献 26 引言——本课程设计的目的及要求 课程设计任务书 0.1 题目 Boost电路建模、仿真 0.2 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。 0.3 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=40V I0=0 ~ 1A F=50kHZ 1、电路原理分析 1.1、电路基本原理 Boost电路，即升压斩波电路（Boost Chopper），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）向电感L充电，电流流过电感线圈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R两端为输出电压（负载R两端电压为），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，以保持不变，这样E和L串联，以高于电压向电容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。 1.2、Boost电路升压原理 （1）电感L储能之后具有使电压泵升的作用，实现了电压的增大。 （2）由于电容足够大，故可将输出电压保持住。但实际上电容C不可能为无穷大，所以当电容C向电阻供电时负载电压会有下降的趋势，但只要选取的电容值够大，这样的误差就可以忽略。 2、电路状态分析并建立状态方程 2.1、状态分析 （1）当V处于通态时： 电源E对L充电，设电感电流初值为，即由 可得L电流为： 设通态时间为，则时L电流达到最大，（式2－1） 同时，电容C向负载供电，其电流为： （2）当V处于断态时： 电源和电感L同时向负载R供电，此时L电流的初始值则为V处于通态过程的终值，即，故由可得：（式2－2） 设断态时间为，则时L电流将下降到极小值，即为， 故由（式2－2）得：（式2－3） 由（式2－1）和（式2－3）并化简得：， 其中，并设占空比，升压比为，其倒数为， 则与的关系可表示为：（式2－4） 由此式可见，，故，则达到电压升高的目的。 同时电源和电感L共同向电容C充电并向R供电，电容的充电电流为： 2.2、建立状态方程 （1）当V处于通态时： 对L电流：；对输出端（即负载）电压： （2）当V处于断态时： 对L电流：；对输出端电压： （3）电路状态方程（设V处于通态时s＝1，V处于断态时s＝0）： 3、电路参数的选择 3.1、占空比的选择 由（式2－4）可得：，其中V1=20V±10% ，V2=40V 故可得： 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，若L，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： （式3－1） 根据临界电