BOOST电路方案设计

基于单片机的boost的闭环直流升压电路摘要：一、引言二、单片机boost 升压电路工作原理1.基本构成2.工作原理三、闭环直流升压电路设计1.电路结构2.关键元件3.电路设计步骤四、电路性能分析1.输出电压稳定性2.输入电压适应性3.转换效率五、应用领域及发展趋势1.应用领域2.发展趋势正文：一、引言随着电子技术的不断发展，对电源系统的要求也越来越高。

单片机boost 升压电路作为一种高效、灵活的电源解决方案，得到了广泛的关注。

本文将详细介绍基于单片机的boost 闭环直流升压电路的设计及性能分析。

二、单片机boost 升压电路工作原理1.基本构成单片机boost 升压电路主要由电源输入、电感、电容、开关管、电感、二极管等元件组成。

其中，开关管的开通与关断控制着电流的方向，实现电感上的电流波形变化，从而实现升压功能。

2.工作原理在开关管导通期间，电感上的电流线性增加；而在开关管截止期间，电感上的电流通过二极管对电容进行充电。

通过合理控制开关管的导通与截止时间，可以实现电感上的电流波形变化，进而达到升压的目的。

三、闭环直流升压电路设计1.电路结构闭环直流升压电路主要包括电压反馈、误差放大器、PWM 比较器等部分。

电压反馈用于实时监测输出电压，将其与基准电压进行比较，得到误差信号；误差放大器用于放大误差信号，得到合适的PWM 信号；PWM 比较器用于将PWM 信号与开关管的驱动信号进行比较，控制开关管的导通与截止。

2.关键元件(1) 电感：选择合适的电感值，以满足电路的升压需求。

(2) 电容：根据电路的工作频率和升压倍数选择合适的电容值。

(3) 开关管：选择合适的开关管，以满足电路的工作电压、电流和开关速度需求。

3.电路设计步骤(1) 确定电路的工作电压、电流和升压倍数。

(2) 选择合适的电感、电容和开关管等元件。

(3) 设计电压反馈、误差放大器和PWM 比较器等部分。

(4) 布局和调试电路。

四、电路性能分析1.输出电压稳定性闭环直流升压电路具有较好的输出电压稳定性，可以实现输出电压的精确控制。

目录Boost变换器性能指标:输入电压：标准直流电压Vin=48V输出电压：直流电压Vo=220V 参考电压 Vref=5V输出功率：Pout=5Kw输出电压纹波：Vpp= Vm=4V电流纹波：开关频率：fs=100kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一. Boost主电路设计：占空比D计算根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化范围;=0.782D=U U−U UUUUUU U临界电感L计算=1.8UULc=UU U(1−U)22U U U U选取L>Lc,在此选L=4uH临界电容C计算取纹波Vpp<C=U U UU U U UU =22.7×0.782100000×2.2=80.6UU选取C>Cc,在此选C=100uF 输出电阻阻值R=UU=U×UU=9.68Boost主电路传递函数Gvds占空比dt到输出电压Vot的传递函数为：UUU (U)=(1−U)U(1−UU（1−D)2U)UUU2+U(UU)+(1−U)2UUU (U)=47.96∗(1−8.7×10−6U)4×10−10U2+4.13×10−7U+0.048二. Boost变换器开环分析PSIM仿真电压仿真波形如下图电压稳定时间大约毫秒,稳定在220V左右电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为电流仿真波形如下图电流稳定时间大约2毫秒,稳定在22A左右电流稳定后的纹波如下图Matlab仿真频域特性设定参考电压为5V,则U(U)=UUUU =UUU,U U(U)=UU U=UU系统的开环传递函数为U U(U)=U UU(U)U U(U)U(U)U U(U),其中U(U)= U,U U(U)=U由上图可得,Gvds的低频增益为-60dB,截止频率fc=196KHz,相位裕度,相位裕度过小,高频段是-20dB/dec;系统不稳定,需要加控制电路调整;1、开环传递函数在低频段的增益较小,会导致较大的稳态误差2、中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度,使调节时间较大;剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力;3、相角裕度太小会影响系统的稳定性,使单位阶跃响应的超调量较大;4、高频段是-20dB/dec,抗干扰能力差;将U(U)=UUUU =UUU,U U(U)=UU U=UU代到未加补偿器的开环传递函数中;则U U(U)=U UU(U)U U(U)U(U)U U(U),其中U U(U)=U未加补偿器的开环传递函数如图三. Boost闭环控制设计闭环控制原理输出电压采样与电压基准送到误差放大器,其输出经过一定的补偿后与PWM调制后控制开关管Q的通断,控制输出电压的稳定,同时还有具有一定的抑制输入和负载扰动的能力;令PWM的载波幅值等于4,则开环传递函数为Fs=GvdsHsGcs补偿网络的设计使用SISOTOOL确定参数原始系统主要问题是相位裕度太低、穿越频率太低;改进的思路是在远低于穿越频率fc处,给补偿网络增加一个零点fZ,开环传递函数就会产生足够的超前相移,保证系统有足够的裕量；在大于零点频率的附近增加一个极点fP,并且为了克服稳态误差大的缺点,可以加入倒置零点fL,为此可以采用如图4所示的PID补偿网络;根据电路写出的PID补偿网络的传递函数为：UU (U)=UUU(U+UU U)(U+U UU)(U+UU U)式中：U UU=−U UU UU+U UU ,U U=UU UU U U,U U=UU U U U,U U=U UU+U UUU UU U UU U U在此我们通过使用Matlab中SISOTOOL工具来设计调节器参数,可得:零点频率U U=U.UUUUU极点频率U U=UUUUUU倒置零点频率U U=UUUUU直流增益U UU=U.UUUU首先确定PID调节器的参数,按设计要求拖动添加零点与极点,所得参数如图加入PID之后,低频段的增益抬高,稳态误差减小,如图闭环阶跃响应曲线如下图幅值裕度为：GM=,相角裕度：PM=°,截止频率：fc=10KHz高频段f>fp,补偿后的系统回路增益在fc处提升至0dB,且以-40dB/dec的斜率下降,能够有效地抑制高频干扰;计算补偿网络的参数由sisotool得到补偿网络的传递函数为：G C (s)=2784.7×(1+0.0001s)(1+0.00027s)s(1+2×10−7s)由前面可有补偿网络的传递函数为：UU (U)=UUU(U+UU U)(U+U UU)(U+UU U)对比两式可得,假设补偿网络中 Ci=1μF依据前面的方法计算后,选用Rz=270,Rp=,Rf=,Cf=;四．修正后电路PSIM仿真1额定输入电压,额定负载下的仿真电压响应如下图电压稳定时间大约为2毫秒,稳定值为220V,超调量有所减少,峰值电压减小到了260V.稳定后的电压纹波如下图电压纹波大约为电流纹波如下电流纹波大约为验证扰动psim图2额定输入电压下,负载阶跃变化0-3KW-5KW-3KW电压响应曲线如下图电压调节时间大约1ms,纹波不变大约为;由此可见,输出电压对负载变化的反应速度很快且输出电压稳定;电流响应曲线如下图3负载不变3KW,输入电压阶跃变化48-36V输入电压从48V变到36V时的电压响应如下图输出电压的局部放大图像如下图由上图可知,输出电压调节时间大约为1ms,而且稳压效果好;五．设计体会通过BOOST变换器的设计,可以看出闭环控制的稳压及抑制干扰的作用;在设计补偿电路可用sisotool电路特性进行修正,从而得到较为理想的幅值裕度、相角裕度和闭环阶跃响应,从而提高PID的调节性能;。

高压升压boost方案引言高压升压(boost)方案是一种常见的电路设计方案，用于将低电压升至较高电压的电路。

在许多电子设备中，需要使用较高的电压来驱动特定的元件或执行特定的功能。

本文将介绍高压升压Boost方案的原理、应用、设计步骤以及常见问题和解决方案。

原理高压升压Boost方案使用一种称为升压转换器的电路来将低电压转换为高电压。

这种电路通常由以下几个关键部分组成：1.输入电源：提供低电压输入能量的电源，通常是电池或低压直流电源。

2.电感：通过电感储存能量，并在合适的时机释放能量。

3.开关管：控制电路的打开和关闭，以控制能量的传输。

4.整流器：将储存在电感中的能量转换为所需的高电压输出。

高压升压Boost方案的基本工作原理是：在时间t1，开关管打开，电感储存能量；在时间t2，开关管关闭，电感释放储存的能量；在时间t3，能量通过整流器转换为高电压输出。

这个过程不断循环，以提供稳定的高电压输出。

应用高压升压Boost方案广泛应用于许多电子设备中，包括但不限于以下领域：1.电池供电设备：在一些需要高电压驱动的设备中，使用高压升压方案可以提高设备的效率。

2.LED照明：在LED驱动电路中，使用高压升压方案可以提供足够的电压来驱动LED灯。

3.通信设备：在一些无线通信设备中，使用高压升压方案可以提供足够的电压来驱动射频模块。

4.物联网设备：在一些物联网设备中，例如传感器节点，使用高压升压方案可以提供所需的高电压。

设计步骤设计一个高压升压Boost方案需要经过以下几个步骤：1.确定输出电压：根据应用需求确定所需的高电压输出。

2.计算工作周期：根据输入电压和输出电压计算工作周期和占空比。

3.选择元器件：根据工作周期和电流要求选择合适的电感、开关管和整流器。

4.建立电路图：根据选定的元器件，绘制高压升压Boost方案的电路图。

5.进行模拟仿真：使用电路仿真工具验证电路的性能和稳定性。

6.调整参数和优化设计：根据仿真结果调整元器件参数并优化设计，以达到最佳的高压升压效果。

boost电路设计流程Boost电路是一种直流-直流（DC-DC）电力转换器，用于将低电压转换为高电压。

它是电子设备中常见的一种电路，用于提供工作电压给模拟电路、微处理器、传感器、放大器等。

在本文中，将介绍设计Boost电路的一般流程，以便读者了解实践中设计Boost电路的方法。

下面是设计Boost电路的流程，共分为六个主要步骤。

第一步：需求分析在设计任何电路之前，首先需要明确需求。

对于Boost电路，首先需要确定输入电压范围、输出电压范围、负载电流需求、效率要求等。

这些要求将决定整个设计的基本参数。

第二步：选择拓扑结构Boost电路有多种拓扑结构，包括非同步、同步、单元拓扑等。

在选择拓扑结构时需要考虑输入电压范围、输出电压范围、负载电流需求、效率要求等因素。

不同的拓扑结构在效率、负载能力、输出纹波等方面有所不同。

第三步：选择器件选择合适的器件至关重要。

对于Boost电路，选择合适的功率开关管、电感器、电容器以及控制芯片等器件非常重要。

这些器件的选择应考虑输入电压范围、输出电压范围、负载电流需求、效率要求、可靠性要求等。

第四步：电路设计与模拟在选择好拓扑结构和器件后，可以开始具体的电路设计与模拟。

利用电路设计软件，根据拓扑结构和器件参数设计电路原理图，并进行电路模拟以验证设计参数是否满足需求。

在电路设计过程中，需要注意电路的稳定性、纹波、效率等指标。

第五步：PCB设计第六步：电路调试与优化完成PCB设计后，可以开始进行电路的调试和优化。

首先进行电路的初步调试，验证电路的基本功能。

然后根据实际测试结果进行电路参数的调整和优化，以满足设计需求。

在进行优化过程中，可以尝试不同的控制策略、器件参数、滤波电路等。

此外，与上述步骤相似，还需要进行外部开关节拍、反馈控制回路、过压保护、过载保护等设计。

值得一提的是，对于Boost电路设计，频率的选择与非常重要的参数，设计者可以根据电路的具体需求选择合适的频率。

BOOST电路方案设计1.引言BOOST电路是一种非隔离型DC-DC转换器，它通过开关元件（通常是MOSFET）周期性地开启和关闭来控制电压的升降。

BOOST电路通常应用于需要较高电压的应用，如LCD驱动、LED照明和无线充电等。

2.基本构成BOOST电路由四个主要组成部分组成：输入电感（inductor）、开关元件（switch）、输出电容（output capacitor）和负载电阻（load resistor）。

输入电感用于储存能量，开关元件用于控制能量的输送，输出电容用于稳定输出电压，而负载电阻则是输出电压的负载。

3.工作原理当开关元件关闭时，输入电感会储存电能。

当开关元件开启时，输入电感会释放电能，输出电容会通过负载电阻释放电能。

通过周期性的开关操作，电路可以将输入电压升压至所需的输出电压。

4.参数选择设计BOOST电路时，需要选择合适的组件参数以满足设计需求。

以下是一些常见参数及其选择方法：-输入电感：选择合适的电感值可以平衡能量转移的速度和电流波动的大小。

较大的电感值可以减小电流波动，但会增加开关元件的压力。

较小的电感值则会增加电流波动，但可以提高转换效率。

-开关元件：开关元件通常选用MOSFET，选择合适的MOSFET可以确保开关过程的效率和可靠性。

应根据输入电压、输出电压、负载电流和开关频率等参数来选择适当的MOSFET。

-输出电容：输出电容用于平滑输出电压，防止输出电压波动。

电容的选择应根据输出电流和输出电压的需求来确定。

-负载电阻：负载电阻决定了输出电流的大小，应根据负载电流的需求来选择合适的负载电阻。

5.控制电路6.保护电路为了确保BOOST电路的正常工作，还需要设计合适的保护电路。

保护电路可以对输入电压过高、输出电流过大和开关元件温度过高等异常情况进行保护，避免损坏电路。

7.总结BOOST电路是一种常用的DC-DC转换器，通过将低电压转换为较高电压，实现对高压负载的驱动。

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。

图1.1 系统总体方案设计框图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。

图1.2 Boost 变换器主电路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：min max15110.375249110.62524d o d o U D U U D U =-=-==-=-=即，0.3750.625D ≤≤。

由于2(1)2oBo s D D I U T L-=，当D=0.375时临界电流为最大，为使电路工作在CCM 状态，有max o oB I I >，即225(1)0.375(10.375)24 2.51035.1622 1.25o s o D D L U T H I μ--⨯->=⨯⨯⨯=⨯取输出电流纹波小于40%，即：2225(1)40%(1)0.375(10.375)242.510175.7840%40% 1.25o os o o o s o I D D U T I LI D D U L T HI μ-∆-=<-⨯-⨯>=⨯⨯=⨯综上，取电感为180H μ的磁环电感。

BOOST电路设计与仿真BOOST电路是一种直流-直流升压电路，可以将低电压输入转换为高电压输出，被广泛应用于各种电子设备和电源系统中。

BOOST电路的设计与仿真是保证电路性能稳定和有效工作的重要步骤。

本文将介绍BOOST电路的设计原理和流程，并讨论BOOST电路的仿真方法和应用。

BOOST电路的设计原理基于电感储能和开关管的开关控制。

BOOST电路通常由开关管、电感、电容和负载组成。

当开关管导通时，电感储能；当开关管关断时，电感释放储能。

通过周期性的开关控制，可以实现输入电压的升压转换。

1.确定BOOST电路的输入输出要求。

根据实际应用需求，确定输入电压、输出电压和负载电流等参数。

2.选择开关管和电感。

根据输入输出要求和开关频率，选择合适的开关管和电感。

3.计算电容。

根据输出电压波动和负载要求，计算所需的输出电容。

4.设计反馈控制。

BOOST电路通常采用反馈控制来实现稳定的输出电压。

根据输入输出要求和稳定性要求，设计反馈控制电路。

5.仿真和优化。

使用仿真软件对BOOST电路进行模拟仿真，优化电路参数和控制策略，以达到设计要求。

在时间域仿真中，可以通过建立电路模型和开关控制器模型，对BOOST电路进行系统级仿真。

通过输入电压和负载电流变化，分析输出电压和效率等指标，验证电路性能。

在频域仿真中，可以通过建立开关模型和电感电容模型，对BOOST电路进行精确的频率响应分析。

通过频率响应曲线，可以评估BOOST电路的稳定性、带宽和损耗等指标。

除了仿真，BOOST电路的设计还需要考虑一些其他因素，如电路拓扑、器件选择和布局等。

这些因素都会影响电路的性能和可靠性。

最后，BOOST电路在各种电子设备和电源系统中有广泛应用，例如便携式电子设备、通信设备和工业控制系统等。

通过合理的设计与仿真，可以确保BOOST电路的稳定性和高效性，提高整个系统的性能。

目录一. Boost主电路设计： (2)1.1占空比D计算 (2)1.2临界电感L计算 (2)1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V） (2)1.4输出电阻阻值 (2)二. Boost变换器开环分析 (2)2.1 PSIM仿真 (2)2.2 Matlab仿真频域特性 (2)三. Boost闭环控制设计 (2)3.1闭环控制原理 (2)3.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (2)3.3 计算补偿网络的参数 (2)四．修正后电路PSIM仿真 (2)五．设计体会 (2)Boost变换器性能指标:输入电压：标准直流电压Vin=48V输出电压：直流电压Vo=220V 参考电压Vref=5V输出功率：Pout=5Kw输出电压纹波：Vpp=2.2V Vm=4V电流纹波：0.25A开关频率：fs=100kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一. Boost主电路设计：1.1占空比D计算根据Boost变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化围。

1.2临界电感L计算选取L>Lc，在此选L=4uH1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）选取C>Cc，在此选C=100uF1.4输出电阻阻值Boost主电路传递函数Gvd（s）占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为：二. Boost变换器开环分析2.1 PSIM仿真电压仿真波形如下图电压稳定时间大约1.5毫秒，稳定在220V左右电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为2.2V电流仿真波形如下图电流稳定时间大约2毫秒，稳定在22A左右电流稳定后的纹波如下图2.2 Matlab仿真频域特性设定参考电压为5V，则，系统的开环传递函数为,其中，由上图可得，Gvd(s)的低频增益为-60dB，截止频率fc=196KHz，相位裕度--84.4，相位裕度过小，高频段是-20dB/dec。

系统不稳定，需要加控制电路调整。

基于单片机的boost的闭环直流升压电路【提纲】一、引言在现代电子技术中，基于单片机的闭环直流升压电路广泛应用于各种电子设备中，其中Boost变换器作为一种高效的升压电路，得到了广泛关注。

本文将详细介绍基于单片机的Boost闭环直流升压电路的设计与实现。

【提纲】二、Boost变换器原理Boost变换器是一种直流-直流升压变换器，它采用开关管和电感等元器件来实现电压的提升。

在工作过程中，开关管根据控制器信号进行开通和关断，使电感中的电流发生变化，从而实现输出电压的升高。

【提纲】三、闭环直流升压电路设计3.1 电路组成闭环直流升压电路主要包括以下部分：输入滤波器、Boost变换器、输出滤波器、控制器、传感器和电源开关。

其中，输入滤波器和输出滤波器用于抑制噪声和纹波；Boost变换器为核心部分，实现电压提升；控制器用于控制开关管的开通和关断；传感器检测输出电压，实现闭环控制；电源开关用于控制整个电路的通断。

3.2 控制器选择在本设计中，选用单片机作为控制器。

单片机具有较高的运行速度、较低的功耗和较小的体积，适用于闭环直流升压电路的控制。

同时，单片机还具有丰富的外设和接口，便于与其他元器件配合使用。

3.3 传感器应用为了实现输出电压的闭环控制，本设计采用电压传感器检测输出电压。

电压传感器具有较高的精度和响应速度，能够实时反映输出电压的变化，从而实现精确控制。

【提纲】四、电路仿真与测试通过对闭环直流升压电路进行仿真和实际测试，验证电路的可行性和实用性。

在测试过程中，观察输出电压、电流等参数，分析电路的性能指标，如效率、升压比和稳定性等。

【提纲】五、结论与展望本文通过对基于单片机的Boost闭环直流升压电路的设计与实现过程的详细介绍，展示了其在电子设备中的应用价值。