Boost电路仿真的开环设计

Boost升压电路原理讲解：

在电感两端接一个直流电源，由于电感电流满足：

因此，电感电流就会正比例增加。我们如果将负载串联电感，根据电感电流不会发生突变的特点电感电流将会流过负载，这样就可以通过控制电感电流来间接控制输出电压的大小，从而起到电力变换的效果。其中主电路图如下：

Boost直流变换器的作用是将宽输入、低输入的电压升压到一个稳定的高压。它的主电路拓扑，其中，Q_5是功率开关管，在这使用MOSFET，D是功率二极管，使用的是超快恢复二极管；C_b为输出滤波电容；L_f是滤波电感；R_l是功率负载。

** 开关管Q_5在一个开关周期的导通与关断，使Boost电路有2种工作模式分析过程如下：**

工作模态一： 开关管Q_5开通，二极管D反向截止，输入电压U_in给输入电感L_f充电，电感两端承受的电压为U_in大于零，流经电感的电流线性增加。输出电压由滤波电容C_b独自承担，电压下降。

**工作模态二：**开关管Q_5关断、二极管D导通，此时电感的电压是〖(U〗_in-U_o)小于零，电感电流线性减小。此时输入电压U_in和电感L_f共同向负载电阻提供能量，且向滤波电容C_b提供能量，电容电压增加。

Boost直流变换器工作模式通常为连续工作模式和断续工作模式，为了减小电感电流的电流尖峰，以及数字控制采样的局限性，通常使直流变换器Boost电路工作在连续模式下。

电路的参数计算：

Boost主电路的技术指标：直流输入电压U_in为100V，输出电压U_o为200V，输出功率P_o为500W，开关频率f_s为20kHz。主电路设计参数主要为滤波电感的设计，输出电容的确定。

滤波电感L计算：

通常情况下，滤波电感的选择须确保在最小的负载情况下，电感电流仍工作在临界模式。在电感电流连续的状态下，可推导Boost的输出电压U_o和输入电压U_in的式子：

假设Boost变换器的效率为90%，负载在10%的额定载下工作于临界模式，则根据功率平衡得：

ILf为临界模式下的电感电流的平均值。

定义电感电流的纹波系数为：

式中ΔILf为电感电流纹波得峰值。

在临界模式下电感电流纹波系数，因此由上式可得：

根据电感电压和电流的关系，可得电感电流纹波峰值为：

故：

计算得：

滤波电容计算方法：

由于前级Boost的输出滤波电容恰好是两级式逆变器的母线电容。母线电容的大小和后级输出功率，母线电压，二次纹波电压的大小有关。具体关系如下：

本文设计输出功率为500W，二次纹波角频率为314，母线电压为200V，在本文确定二次纹波电压为2%的母线电压，由式（2-11）可计算出直流母线电容为：

实验结果：

输出电压波形如上图所示，我们可以清晰得看出输出电压是可以达到200V的升压效果的。由于我们直接采用的方波信号作为开关管的触发信号，因此才会出现较大的超调量。

上图是电感电流的波形。电感电流也是符合理论值的5A额定值，上下的纹波较小且未出现断续的状态。

**总结：**本文介绍了Boost电路的仿真电路的开环设计，通过仿真我们可以发现仿真结果出现较大的超调量，这个可以通过闭环控制来进行调节。