升压式(BOOST)变换器

隔离Boost变换器（二）

普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士

隔离Boost变换器二：对称驱动电流型全桥变换器：

gV

oVgI

L

CsN

spNNN/=sNA

BS1S2D1

D2LI

oL

IS3

S4 gV

oVgILCpNsN

sNS4S3

S1S2D1

D2oLI

(a) 电压型全桥变换器 a) 电流型全桥变换器

图1 对称驱动电流型全桥变换器 图1是对称驱动电流型全桥变换器，它可从对称驱动全桥变换器，通过对偶性原理获得，

同样的在对称驱动电流型全桥变换器中，每对开关驱动的最小占空比必须大于0.5，以保证

同一桥臂的两个有源开关在任何工作点下均有同时导通的时间。 对称驱动电流型全桥变换器与Boost变换器具有相同的稳态关系，故虽然不是Boost变

换器的直接隔离版本，但也可以看作为Boost变换器的隔离版本。其原理为：在有源开关

S1和S2（或S3和S4）同时导通时，电感L由输入电压激磁，变压器原边短路，无源开关

D1和D2则因反偏而同时截止，此时负载能量有输出电容提供；当有源开关变成S1与S3

（或S2与S4）导通时，则无源开关D1（或D2）因正偏导通，无源开关D2（或D1）因反

偏而截止，此时电感L由反射至原边的输出电压NVo与输入电压之差去磁，变压器的副边

被输出电压激磁；此后进入另外半个周期，在下半个周期内，输入电感再次被激磁和去磁，

变压器的副边则由输出电压去磁。输出滤波电容主要用来限制输出电压上的开关频率纹波分

量，使之远远小于稳态的直流输出电压。

在忽略输出电压的开关纹波后，我们可利用输入电感电压的伏秒平衡定律，推得对称驱

动电流型全桥变换器的稳态关系为（推导过程方框内）：

goVDNV)1(21

−= 输入电感正向伏秒：sgTDV)21(−

输入电感反向伏秒：sgoTDVNV)1)((−−

所以：sgosgTDVNVTDV)1)(()21(−−=−

故有关系：goVDNV)1(21

−=

1 ogIDNI)1(21

单周期控制Boost DC/DC变换器分析与设计

单周期控制技术(OCC)是一种新型非线性大信号PWM控制技术首先论述了单周期控制技术的基本原理，然后提出了单周期控制Boost变换器的一种双环控制策略，并通过仿真分析了其可行性

最后应用最新的单周期控制芯片IRll50S进行实验论证实验证明了这种控制策略下单周期控制Boost变换器具有良好的性能

引言

开关变换器是脉冲式的非线性动态系统，在适当的脉冲非线性控制下，系统应当比传统的先行反馈控制更稳定，有更好的动态性能和抗扰动性当输入电压或负载发生变化时，电压型反馈控制需要多个开关周期才能达到稳态电流型反馈控制利用了变换器的脉冲和非线性特点，当占空比D大于O.5时，若采用的斜坡补偿很精确，能使系统在一个开关周期内达到稳态，但是往往实际中斜坡补偿不能完全匹配，所以仍然需要多个开关周期才能达到稳态

单周期控制技术是1991年由Keyue M．smedley提出的一种非线性大信号PWM控制理论，它最大的特点是能使系统在一个周期之内达到稳态，每个周期的开关误差不会带人下一个周期这种控制方法具有调制和控制的双重性，开关变量和参考电压间既没有动态误差也没有稳态误差因此，单周期控制技术近年在各种DC/DC、DC/AC、AC/DC变换器中来得到了广泛的应用

1 单周期控制基本原理

单周期控制技术，包括恒频PWM开关、恒定导通时间开关、恒定截止时间开关、变化开关的单周期控制技术共4种类型对于恒频PWM开关，开关周期TS恒定，单周期控制就是要调节导通时间TON，从而使得斩波波形的积分值等于基准信号恒频PWM开关单周期控制原理，如图1所示

没开关S以一定开关频率fs=l/Ts的开关函数K(t)工作，即：

占空比D=TON/TS模拟基准信号ur(t)调制开关的输入信号x(t)被开关斩波，开关的输出信号y(t)的频率、脉宽与开关函数k(t)相同，y(t)的包络线就是x(t)，即y(t)=k（t）x(t)

第４４卷第５期　２０１０年５月　电力电子技术　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．４４．Ｎｏ．５　Ｍａｙ，２０１０　

一种新型Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器　

高　飞，蒋　赢，赵小妹，潘俊民　（上海交通大学，上海２００２４０）　

摘要：提出了一种新型Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器，与传统的Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器相比，该电路利用开关电容网络，能在相同的　输入电压和开关管占空比情况下具有更好的降压效果。对该新型Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器的工作原理进行了分析．并通过　仿真和实验验证了该方案的可行性。实验表明，该新型Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ变换器能够实现较好的降压效果，输出效果良好。　关键词：变换器；二极管；开关电容网络　

中图分类号：ＴＭ４６　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１０）０５—００１６—０２　

Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｂｕｃｋ．Ｂｏｏｓｔ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　

ＧＡＯ　Ｆｅｉ，ＪＩＡＮＧ　Ｙｉｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｘｉａｏ—ｍｅｉ，ＰＡＮ　Ｊｕｎ—ｍｉｎ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　∞　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂａｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｏｖｅｌ　Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ　ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｉｔ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｗｉｔｃｈ—ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｂｕｃｋ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｉｎｐｕｔ　ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｄｕｔｙ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈｅｓ．　Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｏｖｅｌ　Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｂｕｃｋ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｄｉｏｄｅ；ｓｗｉｔｃｈ—ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　

由IGBT组成的升压变换器的建模及应用仿真

摘要：根据电力电子技术的原理，升压式变换器的输出电压0U高于输入电源电压iU，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。在设计中，采用绝缘栅双极型晶体管IGBT作为开关管，它既具有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，驱动电路简单，又具有通态电压低，耐压高，流通大电流等优点。

关键词：升压变换器 IGBT Matlab建模

一、设计内容

1. 设计原理

图1 升压变换器电路图

图1是升压变换器的电路图，其中iU为输入直流电源，S为开关管（在本设计中使用IGBT作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。

当开关管S导通，输入电流流经电感L和开关管S，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD处于关断状态。

当开关管S截止，由于电感电流的连续性，电感L的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源iU串联，以高于iU的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。 —

欢迎下载 2 这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。

2. 输出电压与输入电压的关系

若开关管导通时间ont，关断时间offt,开关工作周期offonttT。定义占空比为： ,升压比为： 。理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压：

3. 参数设置

（1）电源电压设置为直流24V；

（2）储能电感设置为3.6E-4 H；

（3）RC负载设置：R为24Ω；C为5.4E-5 F；