基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真
姓名：
学号：
班级：
时间：2010年12月7日
1引言
BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。

此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。

对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。

采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。

图1BOO ST 电路的结构
2电路的工作状态
BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。

其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。

(a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断)
(c) 开关状态3 (电感电流为零)
图2BOO ST 电路的工作状态
3matlab仿真分析
matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。

本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示,其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。

图3BOO ST 电路的PSp ice 模型
3.1电路工作原理
在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。

调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

负载侧输出电压的平均值为:
（3-1）
式（3-1）中T为开关周期, 为导通时间，为关断时间。

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:一是L 储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。

在以上分析中，认为开关处于通态期间因电容C的作用使得输出电压不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。

3.2在模型中设置仿真参数：
（1）设置电源电压为200V，电阻的阻值为5Ω。

（2）脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%。

（3）IGBT和二极管的参数可以保持默认值。

（4）初选L的值为0.1ms，C的值为100µF。

3.3启动仿真
3. 31电路瞬态过程分析
设置仿真时间为0.03s，算法采用ode15s。

仿真波形如图3.1.1.14-7所示,其放大的电路图为图3.1.1.2，所对应的开关管电压的波形、二极管电流的波形、输出电压的波形、开关管电流的波形、现分析其工作过程如下:
0～0.1ms 时段: 开关处于断开状态, 直流电源通过电感、二极管向负载供电, 电路处于稳态。

图3.3.1.1电路相应信号仿真波形
0.1ms～0.2ms 时段: 开关于0.1ms～0.2ms 之间闭合, 并保持闭合状态直到0.2ms, 电路处于图2. a) 状态。

由于电路开关状态发生突变, 电路进入暂态。

由于开关闭合,开关电压降为0, 电感两端产生压降, 电感电流开始增长, 电感开始储存能量; 此时二极管D 处于断态, 输出端由电容C 向负载RL 提供能量, 因此可以明显的观察到, 电容上的输出电压在下降, 这意味着电容在释放刚刚静态时储存的能量。

0.2ms～0.3ms 时段: 开关于0.2ms～0.3ms 之间断开, 并保持断开状态直到0.3ms, 电路处于图2. b) 状态。

电路开关状态再次发生突变, 电路仍处在暂态中。

电感与电源V串联, 以高于电源的电压向电路的后级供电, 使电路产生了升压作用。

此时, 电感向后级电路释放能量, 电感电流不断减小, 电感电流通过二极管到达输出端后, 一部分给输出提供能量, 一部分给电容充电, 可以观察到,电容上的电压在上升, 电容开始储存能量。

电路在0.1ms～0.3ms 时段之间的工作过程是BOOST 电路的第一个工作周期, 此后电路重复上述过程继续工作。

图3.3.1.2电路相应信号放大仿真波形
3. 32电路稳定过程的分析
观察图3.1.1.1易见, 电路输出电压, 电感电流在5ms 左右趋于稳定, 电路进入稳态。

3. 33电路稳态分析
对4.5m s～5m s 时段进行扫描分析, 对应的输出波形如图3.1.1.2所示, 电路的工作过程与图3.1.1.1 类似, 只是此刻电感、电容均已进入稳定工作状态, 每个工作周期电感提供相同大小的电压, 电感电流下降的斜率一定, 电感吸收的能量等于释放的能量, 电容充电能量等于放电能量, 电感、电容不再吸收能量而成为能量传递的工具。

通过改变电感的值可更清楚的观察电感电流的波形，如图所示
3.4结论
以上的仿真过程分析，可以得到以下结论：直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件，通过控制主电路的接通与关断，将恒定的直流斩成断续的方波，经滤波后变为电压可调的直流输出电压。

利用Simulink对升压斩波电路的仿真结果进行了分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。

4 心得体会
时间是过得相当快，《开关稳压电源的设计和应用》这门课就到收尾阶段了。

在做实验的这段时间里，通过不断地查找资料，最升压斩波电路有了一定的理解，并且在matlab中仿真实现了。

在此过程中，我对matlab在仿真中的应用有了进一步的了解和掌握。

Matlab 在电力电子方面的仿真应用时，可以将电力电子电路输出效果图形化，形象直观，可以帮助我们对电路的理解。

经过这门课的学习，我认识到自己还有很多东西需要进一步加强学习，而且要把理论联系实践来学习，不仅要懂理论知识，还要懂如何作出实物。