BOOST的参数计算
已知参数:
输入电压：12V ………………………..Vi
输出电压：18V ………………………..Vo
输出电流：1A ………………………...Io
输出纹波：36mV ………………………...Vpp
工作频率：100KHz …………………………f
********************************************************************* ********************************************************************* 1：占空比
稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即
Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L)，整理后有
don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),，参数带入，
don=0.572
********************************************************************* ********************************************************************* 2：电感量
先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量，其值为：
Vi*(1-don)/(f*2*Io)，参数带入，Lx=38.5uH，
deltaI = Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI = 1.1A
当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显，当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小，由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH。
deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=0.72A，
I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,
I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI,
参数带入，I1=1.2A，I2=1.92A
********************************************************************* ********************************************************************* 3：输出电容：
此例中输出电容选择位陶瓷电容，故ESR可以忽略
C=Io*don/(f*Vpp)，参数带入
C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联
********************************************************************* ********************************************************************* 4：磁环即线径：
查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环
Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2),
参数带入，Irms=1.6A
按此电流有效值及工作频率选择线径
其他参数：
电感：L 占空比：don
初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms
输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd
项目名称基于PWM控制BOOST变换器设计 一、目的 1 ?熟悉BOOST变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。 2 ?熟悉专用PWM控制芯片工作原理， 3?探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。 二、内容 设计基于PWM控制的BOOST变换器，指标参数如下： 输入电压：9V?15V; 输出电压：24V，纹波＜1%; 输出功率：30W 开关频率：40kHz 具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。 具有软启动功能。 进行Boost变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试 三、实验仪器设备 1 ?示波器 2 .稳压电源 3 ?电烙铁 4. 计算机 5. 万用表 四、研究内容 （一）方案设计 本设计方案主要分为4个部分：1）Boost变换器主电路设计；2）PWM控 制电路设计；3）驱动电路设计；4）保护电路设计。系统总体方案设计框图如图 1.1所示。
1 ?主电路参数设计[1,2] 电路设计要求：输入直流电压9~15V ，输出直流电压24V ，输出功率30W , 输 出纹波电压小于输出电压的1%,开关频率40kHz , Boost 电路工作在电流连续 工作 模式（CCM ）。 Boost 变换器主电路如图1.2所示，由主开关管Q 、电感L 、滤波电容C 、功率 二极管VD 和负载R 组成。 1）电感计算 忽略电路损耗，工作在CCM 状态，根据Boost 电路输出电压表达式可得PWM 占空比： 艮卩,0.375 乞 D 乞 0.625 。 D max 八十十齐0.625 图1.1系统总体方案设计框图 图1.2 Boost 变换器主电路
Boost 型ZVT-PWM 高功率因数软开关变换电路 2.3.1 电路原理图及工作波形图 从2-2章节我们可以知道，本文采用单相有源高功率因数校正电路，所选用的变换器为Boost ZVT-PWM 变换器，其电路原理图及工作波形图如图2-3和图2-4所示[5] 。 L R O 图2-3 Boost 型ZVT-PWM 变换器主电路 v g T r T v i ds i Lr v D i D
图2-4 Boost 型ZVT-PWM 变换器一周期主要电量波形 2.3.2 Boost 型ZVT-PWM 变换器工作原理 设t 摘要： 本文章着重介绍了如何用实现MPPT（最大功率点跟踪），Boost电路详细的工作原理，其中涉及到multisim的主电路仿真和matlab建模的具体实施的过程，对参数的选择和系统的优化做了详细的描述，在实际测试中更加验证了方案的合理性及实用性。 关键词： MPPT Boost电路 multisim仿真 matlab 数据处理 前言： 随着能源的消耗，可再生能源的发展被放到了越来越重要的位置，在可再生能源资源中,太阳能由于其普遍性,丰富性和可持续性，成为了最基本的、必备的可持续资源，太阳能电池是一种有效的利用太阳光来发电的装置。 太阳能电池的工作电压随着温度升高而下降，而蓄电池的充放电电压随充电电流升高而增加，在太阳电池组件中为保证夏天高温天气能对蓄电池正常充电，组件的标准峰值工作电压一般比较大，从而使太阳电池通常有较大一段区间没有真正工作在最大功率点，造成太阳电池以及蓄电池配置容量增加，增大了光伏系统的成本。这里我们引入一个概念 MPPT （最大功率点跟踪），在一般的光伏系统中都没有没置MPPT 电路，而由太阳能电池直接给蓄电池充电，把MPFF控制技术运用在温差变化较大的场合，特别是对于冬、夏以及全日温差较大的地区有明显的技术意义，MPPT跟踪能有效提高太阳电池的输出。 最大功率跟踪（MPPT）是一个电路动态负载匹配的过程，一般都是在太阳能电池与负载之间接一个DC/DC 变换电路，当外界条件变化引起最大功率点发生变动时，调节与负载电阻并联的 mos管的占空比使得外部的等效电阻始终等于太阳能电池的内阻，实现动态的负载匹配，继而得到了太阳能电池的最大功率输出。 太阳能电池系统的机械结构： 电感计算方法 加载其电感量按下式计算:线圈公式 阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作频率) * 电感量(mH)，设定需用 360ohm 阻抗，因此： 电感量(mH) = 阻抗 (ohm) ?(2*3.14159) ?F (工作频率) = 360 ?(2*3.14159) ?7.06 = 8.116mH 据此可以算出绕线圈数： 圈数 = [电感量* { ( 18*圈直径(吋)) + ( 40 * 圈长(吋))}] ?圈直径 (吋) 圈数 = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ?2.047 = 19 圈 空心电感计算公式 空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H) D------线圈直径 N------线圈匝数 d-----线径 H----线圈高度 W----线圈宽度 单位分别为毫米和mH。。 空心线圈电感量计算公式: l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44) 线圈电感量 l单位: 微亨 线圈直径 D单位: cm 线圈匝数 N单位: 匝 线圈长度 L单位: cm 频率电感电容计算公式: l=25330.3/[(f0*f0)*c] 工作频率: f0 单位:MHZ 本题f0=125KHZ=0.125 谐振电容: c 单位:PF 本题建义c=500...1000pf 可自行先决定,或由Q 值决定 谐振电感: l 单位: 微亨 线圈电感的计算公式 作者：线圈电感的计算公式转贴自：转载点击数：299 1。针对环行CORE，有以下公式可利用: (IRON) L=N2．AL L= 电感值（H) H-DC=0.4πNI / l N= 线圈匝数(圈) BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理 Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 、Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。 开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 、Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。 Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。 LDO的特点： ①非常低的输入输出电压差 ②非常小的内部损耗 ③很小的温度漂移 ④很高的输出电压稳定度 ⑤很好的负载和线性调整率 ⑥很宽的工作温度范围 ⑦较宽的输入电压范围 ⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：】 （1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。 （2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 （4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。 其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D) BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D） D为充电占空比，既MOSFET导通时间。0 BOOST电路设计介绍 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计，对于较大的功率输出，如70W以上的DC／DC升压电路，由于专用升压芯片内部开关管的限制，难于做到大功率升压变换，而且芯片的价格昂贵，在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大，选择合适的控制芯片，便可设计出大功率输出的DC／DC 升压电路。 UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计，常用作隔离回扫式开关电源的控制电路，根据UC3842的功能特点，结合Boost拓扑结构，完全可设计成电流型控制的升压DC／DC电路，且外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842芯片的特点 UC3842工作电压为16~30V，工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器；一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MoSFET的驱动；一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器；具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达100％。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC／DC升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是： 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率； 2)电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而更容易设置控制环路，改善了线性调整率； 3)简化了限流电路，在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关管更有效地工作； 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比，50％的不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差，即使占空比<50％，也可能发生高频次谐波振荡，因而需要斜坡补偿，使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是，同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。 2 Boost电路结构及特性分析 2.1 由UC3842作为控制的Boost电路结构 由UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。 【转】 BOOST升压电路的电感、电容计算 2011-05-06 23:54 转载自分享 最终编辑kxw102 已知参数： 输入电压：12V --- Vi 输出电压：18V ---Vo 输出电流：1A --- Io 输出纹波：36mV --- Vpp 工作频率：100KHz --- f ***************************************************************** ******* 1：占空比 稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 2：电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量 其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io)，参数带入，Lx=38.5uH, deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显， 当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小，由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取 L=60uH， deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A， I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI， 参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A 3：输出电容： 此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略 C=Io*don/(f*Vpp),参数带入， C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联 4：磁环及线径： 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径 其他参数： 电感：L 占空比：don 初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms 输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd 图一 boost升压电路,开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理2007-09-29 13:28the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率 线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。 放电过程 图三 如图三，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。 如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充：AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上). 1 电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十. 开关直流升压电路（即所谓的boost或者step-up电路）原理 2007-09-29 13:28 the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。 放电过程 如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。 说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。 如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充 1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗 (含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之 十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证. 开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。 一种实用的BOOST电路 0 引言 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计，对于较大的功率输出，如70W以上的DC ／DC升压电路，由于专用升压芯片内部开关管的限制，难于做到大功率升压变换，而且芯片的价格昂贵，在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大，选择合适的控制芯片，便可设计出大功率输出的DC／DC升压电路。 UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计，常用作隔离回扫式开关电源的控制电路，根据UC3842的功能特点，结合Boos t拓扑结构，完全可设计成电流型控制的升压DC／DC电路，且外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。 1 UC3842芯片的特点 UC3842工作电压为16~30V，工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器；一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MoSFET的驱动；一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器；具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达100％。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC／DC升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是： 1)输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率； 2)电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而更容易设置控制环路，改善了线性调整率； 3)简化了限流电路，在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关管更有效地工作； 4)电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比，50％的不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差，即使占空比<50％，也可能发生高频次谐波振荡，因而需要斜坡补偿，使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是，同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。 Boost电路的结构及工作原理_Boost的应用电路 Boost电路定义Boost升压电路的英文名称为theboostconverter，或者叫step-upconverter，是一种开关直流升压电路，它能够将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流直流变换器（DC/DCConverter）。 直流直流变换器通过对电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比改变输出电压平均值。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，那么电容电压等于输入电压。 开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，成为升压电感。 Boost电路结构下面以UC3842的Boost电路为例介绍Boost电路的结构。 图中输入电压Vi=16~20V，既供给芯片，又供给升压变换。 开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。 当开关管导通时，电感以Vi/L的速度充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以（V o-Vi）/L的速度释放到输出电容器C2中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。整个稳压过程由二个闭环来控制，即： 闭环1输出电压通过取样后反馈给误差放大器，用于同放大器内部的2.5V基准电压比较后产生误差电压，误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。 闭环2Rs为开关管源极到公共端间的电流检测电阻，开关管导通期间流经电感L的电流在Rs上产生的电压送至PwM比较器同相输入端，与误差电压进行比较后控制调制脉冲的脉宽，从而保持稳定的输出电压。误差信号实际控制着峰值电感电流。 Boost电路的工作原理Boost电路的工作原理分为充电和放电两个部分来说明。 充电过程 4.3.1Boost 稳压输出 由于本系统中存在两种工作模式，经研究发现，两种工作模式控制方式的不同最终体现在对逆变器的控制上，因此在设计控制算法时，将前级Boost 升压与后级的逆变分开处理，即前级Boost 电路的作用就是保证直流母线电压恒定，为实现该目标，前级Boost 的稳压输出采用经典控制中的PI 控制算法，设计中采用了增量式PI 控制算法，增量式PID 公式为： )2()(211---+-++-=?n n n D n I n n c n e e e K e K e e K P （4-1） 其中K I 为积分系数，K D 为微分系数，本系统只使用了PI 控制，因此微分系数为零，因此整理后的增量式PI 为： n I n n c n e K e e K P +-=?-)(1 （4-2） 为减小超调，提高调节速度，设计时给系统增加了一个前馈环节。因此，本系统PI 控制的公式为： 11)(--++-=?n n I n n c n P e K e e K P （4-3） PI 控制是工业应用非常广泛的控制算法，但是PI 参数的选择是比较令人头痛的事情，大多数在确定参数时采用试凑与经验相结合方式。本设计结合该系统的控制特点，给出了PI 参数范围确定的比较好的试凑方法。下面以Boost 电路为例，通过PI 控制实现电压输出的稳定。 额定输入电压：24V 输入电压：21.6V —28.8V 输出电压：85V 工作频率：15K 控制器：DSP28035 具体选择如下（其中D 为DSP 中设置的升压比）： （1）选取软启动最优工作点 由于Boost 电路在实际带载时，输出电压要低于理论计算值，因此确定最小占空比D 为： 338.0858.28≈=V V D （4-4） 因此在D 初始化时为0.80，软启动过程完成后，D 的值为0.338。 （2）判断控制器的调节精度 DSP 工作频率为15K ，设置的DSP 中PWM 比较器的周期值为1000，因此Boost 电路在调节时的精度为0.001D e ?=，所以Boost 调节的最大误差为（假设此时的D = 0.2）： max 21.621.60.50.20.201 V V e V =-= （4-5） 最小误差为（假设此时的D = 0.28）： min 28.828.80.40.270.271V V e V = -= （4-6） 目录 摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。 1 BOOST斩波电路工作原理.................................................................................................. - 1 - 1.1 主电路工作原理...................................................................................................... - 1 - 1.2 控制电路选择.......................................................................................................... - 1 - 2 硬件调试 ................................................................................................................................. - 3 - 2.1 电源电路设计.......................................................................................................... - 3 - 2.2 升压（boost）斩波电路主电路设计 ..................................................................... - 4 - 2.3 控制电路设计.......................................................................................................... - 5 - 2.4 驱动电路设计.......................................................................................................... - 8 - 2.5 保护电路设计.......................................................................................................... - 9 - 2.5.1 过压保护电路.............................................................................................. - 9 - 2.5.2 过流保护电路............................................................................................ - 10 - 2.6 直流升压斩波电路总电路.................................................................................... - 11 - 3总结 ........................................................................................................................................ - 12 - 4参考文献 ................................................................................................................................ - 12 - 直流斩波电路的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多：降压斩波电路，升压斩波电路，这两种是最基本电路。另外还有升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式（Ts 不变，改变ton）和频率调制方式（ton不变，改变Ts）。本设计是基于SG3525芯片为核心控制的脉宽调制方式的升压斩波电路和降压斩波电路，设计分为Multisim仿真和Protel两大部分构成。Multisim主要是仿真分析，借助其强大的仿真功能可以很直观的看到PWM控制输出电压的曲线图，通过设置参数分析输出与电路参数和控制量的关系，利用软件自带的电表和示波器能直观的分析各种输出结果。第二部分是硬件电路设计，它通过软件设计完成。 关键字：直流斩波；PWM；SG3525 BOOST升压电路中： 电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS 开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成； 肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端！！ 电感升压原理： 什么是电感型升压DC/DC转换器？ 如图1所示为简化的电感型DC-DC转换器电路，闭合开关会引起通过电感的电流增加。打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。 电感型升压转换器应用在哪些场合？ 电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电，该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LCD)面板提供背光。在需要提升电压的通用直流-直流电压稳压器中也可使用。 决定电感型升压的DC-DC转换器输出电压的因素是什么？ 在图2所示的实际电路中，带集成功率MOSFET的IC代替了机械开关，MOSFET的开、关由脉宽调制(PWM)电路控制。输出电压始终由PWM占空比决定，占空比为50%时，输出电压为输入电压的两倍。将电压提高一倍会使输入电流大小达到输出电流的两倍，对实际的有损耗电路，输入电流还要稍高。 电感值如何影响电感型升压转换器的性能？ 因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流，所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键。等效串联电阻值低的电感，其功率转换效率最佳。要对电感饱和电流额定值进行选择，使其大于电路的稳态电感电流峰值。 电感型升压转换器IC电路输出二极管选择的原则是什么？ 升压转换器要选快速肖特基整流二极管。与普通二极管相比，肖特基二极管正向压降小，使其功耗低并且效率高。肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压. BOOST升压电路的电感、电容计算 已知参数： 输入电压：12V --- Vi 输出电压：18V ---Vo 输出电流：1A --- Io 输出纹波：36mV --- Vpp 工作频率：100KHz --- f 1：占空比 稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即 Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 2：电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量 其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io) ，参数带入，Lx=38.5uH, deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显， 当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小， 由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH， deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A， I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI， 参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A 3：输出电容： 此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略 C=Io*don/(f*Vpp),参数带入， C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联 4：磁环及线径： 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径 其他参数： 电感：L 占空比：don 初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms 输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd Boost电路参数设计 Boost 电路的原理图如下图所示 LD Q?CR 当MOSFET开通时，电源给电感L充电，电感储能，电容放电。电感上的电流增加量（电感线圈未饱和时）为： V in?DT?I?)L(?L TD为占空比，其中：为开关周期。当MOSFET关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为：V?V ino?(1?D)T?I?)L(?L电感电流连续模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即?I??I，于是整理可得：)?(LL(?)V1o?V1?D in D<1，所以0 2 系统设计 2. 1 Boost 升压电感的设计 要想设计出性能优良的PFC 电路，除了IC外围电路各元件值选择合理外，还需特别认真选择Boost 升压储能电感器。它的磁性材料不同，对PFC 电路的性能影响很大，甚至该电感器的接法不同，且会明显地影响电流波形;另外，驱动电路的激励脉冲波形上升沿与下降沿的滞后或振荡，都会影响主功率开关管的最佳工作状态。当增大输出功率到某个阶段时，还会出现输入电流波形发生畸变甚至出现死区等现象。因此，在PFC 电路的设计中，合理选择Boost PFC 升压电感器的磁心与绕制电感量是非常重要的。电感值的计算以低输入电压Uin(peak) 和对应的最大占空比Dmax时保证电感电流连续为依据，计算公式为： 式中Uin(peak)———低输入交流电压对应的正弦峰值电压，V Dmax———Uin(peak) 对应的最大占空比 ΔI———纹波电流值，A; 计算时，假定为纹波电流的30% fs———开关频率，Hz 占空比的计算公式为： 若输入交流电压为220 V( 最低输入电压为85 V)，输出直流电压为390 V，开关频率为fs =50 kHz，输出功率Po =350 W，则可计算得到Dmax =0. 78，纹波电流为1. 75 A，从而求得电感值L3 =713 μH，实际电感值取为1 mH。 由于升压电感工作于电流连续模式，需要能通过较大的直流电流而不饱和，并要有一定的电感量，即所选磁性材料应具有一定的直流安匝数。 设计中，升压电感器采用4 块EE55 铁氧体磁心复合而成，其中心柱截面气隙为1. 5 mm，Boost 储能电感器的绕组导线并不用常规的多股0. 47 mm漆包线卷绕，而是采用厚度为0. 2mm、宽度为33 mm 的薄红铜带叠合，压紧在可插4 块EE55 磁心的塑料骨架上，再接焊锡导线引出，用多层耐高压绝缘胶带扎紧包裹。去消用薄铜带工艺绕制的Boost 储能电感，对减小高频集肤效应、改善Boost 变换器的开关调制波形、降低磁件温升均起重要作用。 2. 2 输出电容设计 直流侧输出电容具有2 个功能: (1) 滤除由于器件高频开关动作造成的直流电压的纹波;(2) 当负载发生变化时，在整流器的惯性环节延迟时间内，将直流电压的波动维持在限定范围内。 开关动作造成的纹波频率比较高，只需要较小的电容就可以满足第1 项要求。第2 项要求与负载功率变化的大小、输出直流电压、输出纹波电压和保持时间Δt 等因素有关，其中Δt 一般取为15 ～50 ms。用Δt 表达的输出电容值为： 式中Δt———保持时间，电网断电后要求电容在时间Δt 内电压不低于一定值 1Basic Buck Topology Vin Feedback Network Cin Application Report SLVA257A–January 2007–Revised August 2007 Using the TPS5430as an Inverting Buck-Boost Converter John Tucker PMP Systems Power ABSTRACT The wide input voltage range SWIFT?(Switcher With Integrated FET)dc/dc converters are typically used as step-down converters where the derived output is a positive voltage less than the input voltage source.In some cases,it may be required to generate a negative voltage from the input voltage source.In such instances,it is possible to configure the TPS5430/20/10devices in an inverting buck–boost topology,where the output voltage is negative with respect to ground. Contents 1Basic Buck Topology ...............................................................................12Inverting Buck-Boost Topology ...................................................................23Design Considerations .............................................................................24Circuit Performance .. (45) Conclusion ........................................................................................... 7 List of Figures 1Buck Topology ......................................................................................12Inverting Buck-Boost Topology ...................................................................23TPS5430Buck–Boost Application ................................................................34Closed Loop Response ............................................................................45Transient Response ................................................................................56Output Voltage Ripple and PH Node Voltage ..................................................57Efficiency (68) Load Regulation .................................................................................... 6 To understand the circuit operation,consider the basic topology of the buck converter as shown in Figure 1. Figure 1.Buck Topology SWIFT,PowerPAD are trademarks of Texas Instruments.SLVA257A–January 2007–Revised August 2007Using the TPS5430as an Inverting Buck-Boost Converter 1 Submit Documentation Feedback#基于boost电路的光伏充电系统
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