电力电子课程设计-Boost电路2.doc
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1、(完整word版)电力电子课程设计_Boost电路2课程设计说明书课程名称: 电力电子课程设计 设计题目: Boost电路的建模与仿真 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 华南理工大学电力学院二一五 年 一 月1目录引言 课程设计任务书3第一章 电路原理分析4第二章 电路状态方程52.1 当V处于通态时52.2 当V处于断态时5第三章 电路参数的选择63.1 占空比的选择63.2 电感L的选择63.3 电容C的选择73.4 负载电阻R的选择7第四章 电路控制策略的选择84.1电压闭环控制策略84.2 直接改占空比控制输出电压8第五章 MATLAB编程95.1
2、 定义状态函数95.2 主程序的编写95.3 运行结果12第六章 Simulink仿真166.1 电路模型的搭建166.2 仿真结果16第七章 结果分析18参考文献19引言 课程设计任务书题目Boost电路建模、仿真任务建立Boost电路的方程,编写算法程序,进行仿真,对仿真结果进行分析,合理选取电路中的各元件参数。要求课程设计说明书采用A4纸打印,装订成本;内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。 V1=20V10%V2=40VI0=0 1AF=50kHZ第一章 电路原理分析Boost电路,即升压斩波电路(Boost Chopper),其电路图如图11所示。电
3、路中V为一个全控型器件,且假设电路中电感L值很大,电容C值也很大。当V处于通态时,电源E(电压大小为)向电感L充电,电流流过电感线圈L,电流近似线性增加,电能以感性的形式储存在电感线圈L中。此时二极管承受反压,处于截断状态。同时电容C放电,C上的电压向负载R供电,R上流过电流R两端为输出电压(负载R两端电压为),极性为上正下负,且由于C值很大,故负载两端电压基本保持为恒值。当V处于断态时,由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性,以保持不变,这样E和L串联,以高于电压向电容C充电、向负载R供电。下图12为V触发电流和输出负载电流的波形,图13为电感充放电电流的波形。图21第二章 电路状态方
4、程为了方便后面MATLAB程序的编写,此文中选取电感电流iL和电容电压V2为两个状态变量,建立状态方程。2.1 当V处于通态时电源E对L充电,设电感电流初值为,即由可得L电流为:设通态时间为,则时L电流达到最大, (式21)同时,电容C向负载供电,其电流为:电路状态方程如下:2.2 当V处于断态时电源和电感L同时向负载R供电,L电流的初始值则为V处于通态的终值,由可得: (式22)设断态时间为,则时L电流将下降到极小值,即为,故由(式22)得:,于是得到。令,并设占空比,升压比为,其倒数为,则与的关系可表示为: (式23)由此式可见,故,则达到电压升高的目的。电路状态方程如下:第三章 电路参数
5、的选择3.1 占空比的选择由(式23)可得:,其中V1=12V10% ,V2=24V故可得:3.2 电感L的选择在该电路中,前面已经假设电感L的值必须足够大,在实际中即要求电感有一个极限最小值,若L,将导致电感电流断续,并引起MOSFET元件V和续流二极管VD以及电感L两端的电压波形出现台阶,如图31所示。 这种情况将导致输出电压纹波增大、电压调整率变差,为防止此不良情况的出现,电感L需满足下式要求: (式31)根据临界电感的定义可知,当储能电感时,V导通时,通过电感的电流都是从零(即)近似线性增加至其峰值电流,而V截止期间,由下降到零。在此情况时,刚好处在间断与连续的边缘,而且MOSFET、
6、二极管和电感两端电压的波形也刚好不会出现台阶,此时电感电流的平均值正好是其峰值电流的一半。即 (式32) 且此时有,代入(式23)得:(式33)由(式32)和(式33)得: (式34)根据电荷守恒定律,电路处于稳定状态时,电感L在V截止期间所释放的总电荷量等于负载在一个周期T内所获得的电荷总量,即(式35)由(式34)和(式35)得: (式36)已知数据V2=24V,并取V1=12V,代入(式36)得:故由(式31)得:3.3 电容C的选择在该电路中,当V截止、VD导通时,电容C充电,上升,此时流过二极管VD的电流等于电感L的电流。设流过C的电流为,流过R的电流为(此处将其近似看成一周期内的平
7、均值为),则 (式37)由(式37)与(式22)得:通过求出期间充电电压的增量,就可得到输出脉动电压峰峰值 (式38)由于此过程中负载电流可看成线性变化,且认为电容C的电压由0开始上升,并且到时电感L电流刚好下降为0,故 (式39) (式310)将(式39)和(式310)代入(式38)并整理得: (式311)已知V1=12V,V2=24V,取,则由(式311)得:当取时,当取时,当取时,3.4 负载电阻R的选择根据公式可得:第四章 电路控制策略的选择4.1电压闭环控制策略在前面提到电容C假设为很大的值,但由于实际上C不可能无穷大,所以输出电压会在一定范围内波动,为使输出电压稳定在一个较为理想的
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