boost电路参数设计详解

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。

buckboost电路参数设计1.引言1.1 概述概述部分的内容：引言部分将对buckboost电路的概念和工作原理进行简要介绍。

buckboost电路是一种常用的直流-直流（DC-DC）转换电路，能够实现电压降低（buck）或增加（boost）功能。

它通过在输入和输出之间使用一对开关器件和电感来实现对电压的变换。

相比于其他转换电路，buckboost电路具有更广泛的应用领域和更高的功率转换效率。

在本文中，将重点讨论buckboost电路的参数设计。

参数设计是指在设计过程中确定电路的元件数值，以满足给定的输入电压和输出电压条件，并确保电路的稳定性和可靠性。

参数设计是设计工程师需要考虑的关键问题，它直接影响到电路性能和工作效果。

本文将详细介绍buckboost电路的参数设计要点。

首先，将介绍电路的基本原理和工作模式，以便读者更好地理解参数设计的背景和需求。

其次，将分析参数设计中需要考虑的关键因素，如输入电压范围、输出电压稳定性、电感和开关器件的选取等。

此外，还将介绍一些常用的参数设计方法和技巧，以帮助读者更好地进行电路设计和优化。

通过本文的阅读和学习，读者将能够全面了解buckboost电路的参数设计要点，并具备进行实际设计工作的基础知识和技能。

本文的内容将为设计工程师提供有价值的参考和指导，促进buckboost电路设计的发展和优化。

1.2文章结构1.2 文章结构本长文旨在介绍和探讨buckboost电路参数设计的要点。

文章将分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分将首先对文章进行概述，简要介绍buckboost电路的背景和应用。

接着，阐述文章的结构，即介绍各个章节的主要内容和目的。

正文部分将详细介绍buckboost电路的基本原理和工作方式。

同时，重点关注buckboost电路参数设计的要点，包括输入电压范围、输出电压范围、电流要求、效率要求等。

通过深入分析这些参数设计要点，读者将能够了解如何根据具体需求来优化buckboost电路的设计。

《电力电子转换电路建模与控制》作业2姓名：胡志健学号：2141130一、设计要求：额定输入电压DC 12V，输出电压18V。

输出电流5A，电压纹波0.1V,闭环控制，输入电压在10~14V变化或负载电流2~5A变化时，稳态输出能保持在18V。

二、设计原理及方案1. 电路采用闭环增益补偿式Boost电路实现设计要求。

原理图如下所示：图1 Buck升压电路原理图2. 参数计算分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。

当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I l，同时电容C上的电压向负载R供电。

因C值很大，基本保持输出电压u o为恒指，记为U o。

设V处于通态的时间为t on，此阶段电感L上积蓄的能量为EI l t on。

当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。

设V处于断态的时间为t off，则在此期间电感L释放的能量为(U o−E)I l t off当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即EI l t on=(U o−E)I l t off化简得U o=(t on+t off)×E/t off=TE/t off式中，T/t off≥1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。

根据占空比定义α=t on/T可以将输出电压表示为U o=E/(1−α)升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：（1）电感L储能之后具有使电压泵升的作用；（2）电容C可将输出电压保持住。

3. 模型优化在借助电路仿真软件时，建模时需考虑到现实世界中电子器件特性。

为进一步切合实际应用场合选择的Boost增益反馈控制电路图，如下所示：图2 增益补偿式Boost电路可以看到，在图2中对电感、电容、二极管以及开关管都做了实际化处理。

此外，在输出电压端采用电阻分压反馈方式，将实际输出反馈给PWM控制器，进而控制开关管SW。

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,整流损耗约百分之十.3 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。

电力电子课程设计一、 设计要求1.BOOST 电路,输入电压：80v 。

输出电压：91v —128v 。

占空比：13.6%—41.8%2.CUK 电路,输入电压：80v 。

输出电压：50v —105v 。

占空比：27%—58.9% 输出电阻R 为1k ，PWM 波周期为2.2e-5s ，根据设计要求，计算出一个实验线路图中的开关器件的电感，电容数值以及型号。

二、 设计方案和电路图BOOST 电路图Boost 基本工作原理:Boost 电路可称为升压斩波电路，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 向电感L 充电，充电电流基本恒定为I 1,同时C 上的电压向负载R 供电，因为C 也很大，基本保持输出电压为恒值U 0.设V 通态时间为t on ,此阶段L 积蓄能量为 E I 1t on 。

当V 处于断态时E 和L 共同向C 充电，并向负载R 提供能量。

设V 处于断态时间为t off ,则这期间电感L 释放能量为（U 0-E ）I 1t off .一周期T 中，电感L 积蓄的能量和释放的能量相等，即 E I 1 t on =（U 0-E ）I 1t off化简得： U 0=T/ t off E 输出电压高于电源电压。

CUK 电路图Cuk基本工作原理:当可控开关V处于通态时，E-L1-V回路和R-L2-C-V回路分别流过电流。

当V处于断态时，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回路分别流过电流。

输出电压的极性与电源电压极性相反。

该电路的等效电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。

在该电路中，稳态是电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零。

其中：I2 ton= I1toff所以：I2/ I1= toff/ ton=(1-α)/ α可以得到输出电压与电源电压的关系为：U 0= ton/ toffE=α/(1-α) E三、参数计算Boost电路:D=20%L=(U d D)/(F△I)=28.16 mH C=(I0D)/(△U f)=1.3uFCuk电路:D=40%L1=L2=(U d D)/(△I f)=0.198HC1=(I(1-D))/(△U f)=0.132uF C2=(U d D)/(8L2△U f2)=0.00183uF四：仿真电路设计1.BOOST电路参数：L=0.02816H C=1.3E-6输出电压为100V2.CUK电路参数：L1=0.198; C1=1.32e-7; C2=1.833E-9输出电压为53V五：参数及对应的波形图参数：L=0.02816 C=1.3e-6输出电压为100V1．输入电流采样波形图2.脉冲采样波形、通过电力MOSFET电流采样波形、输出电压波形L=0.02816，C=1.3e-6D=20%输入电流采样波形图2.脉冲采样波形、通过电力MOSFET电流采样波形、通过二极管电流采样波形、输出电压波形L1=L2=0.198,C1=5.3e-7,C2=1.833e-9D=40%。

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 (3)二. Boost变换器开环分析 (3)2.1 PSIM仿真 (3)2.2 Matlab仿真频域特性 (5)三. Boost闭环控制设计 (7)3.1闭环控制原理 (7)3.2 补偿网络的设计（使用SISOTOOL确定参数） (8)3.3 计算补偿网络的参数 (10)四．修正后电路PSIM仿真 (10)五．设计体会 (14)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的变化范围。

D=U U−U UUUUUU U=0.7821.2临界电感L计算Lc=UU U(1−U)22U U U U=1.8UU选取L>Lc，在此选L=4uH1.3临界电容C计算（取纹波Vpp<2.2V）C=U U UU U U UU =22.7×0.782100000×2.2=80.6UU选取C>Cc，在此选C=100uF1.4输出电阻阻值R=UU=U×UU=9.68Boost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：U UU(U)=(1−U)U(1−UU（1−D)2U)UUU2+U(U)+(1−U)2U UU(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U(U)=UUUU=UUU，U U(U)=U UU=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，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。

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。

三电平boost电路参数设计三电平boost电路是一种常用的电力电子拓扑结构，常用于直流-直流转换器和电力因数校正器等应用。

在设计三电平boost电路时，需要考虑一些重要的参数，包括输入电压范围、输出电压要求、负载要求、开关频率、效率、电感和电容参数等。

下面我将从这些方面逐一进行讨论。

首先，输入电压范围是设计三电平boost电路时需要考虑的重要参数之一。

输入电压范围决定了电路所能适应的输入电压变化范围，因此需要根据具体应用来确定输入电压范围，以确保电路能够稳定工作。

其次，输出电压要求是另一个需要考虑的重要参数。

根据输出电压要求来确定电路的变换比和输出滤波器的参数，以确保输出电压稳定、纹波小，并且符合应用的要求。

负载要求也是设计三电平boost电路时需要考虑的重要参数之一。

根据负载要求来确定电路的输出电流能力和输出电压稳定性，以确保电路能够稳定工作在不同负载条件下。

开关频率是另一个需要考虑的重要参数。

开关频率的选择会影响电路的效率、电感和电容的尺寸，以及开关器件的选择，因此需要根据具体应用来确定合适的开关频率。

效率是设计三电平boost电路时需要考虑的重要参数之一。

高效率是电路设计的重要目标之一，需要通过合理选择器件、控制策略和参数来提高电路的效率。

最后，电感和电容参数也是设计三电平boost电路时需要考虑的重要参数之一。

电感和电容的选择会影响电路的稳定性、纹波大小和成本，因此需要根据具体应用来确定合适的电感和电容参数。

综上所述，设计三电平boost电路需要综合考虑输入电压范围、输出电压要求、负载要求、开关频率、效率、电感和电容参数等多个方面的参数，以确保电路能够稳定可靠地工作在具体应用条件下。