【电力电子技术DC-DC】Boost升压式变换器Simulink仿真

一、拓扑结构

  Boost变换器是一种输出电压等于或高于输入电压的单管非隔离直流变换器。拓扑结构如下：

二、工况分析

  开关管T导通(a)和关断(b)的拓扑图如下：

  下面是其电路连续工作模式(a)和断续工作模式(b)波形图。

三、稳态工作特性（连续工作模式）

1.开关管T导通时

  二极管D反偏而截止。电容C向负载R供电，极性上正下负。电源电压Us全部加到电感两端uL=Us，在该电压的作用下电感电流iL线性增长，储存的磁场能量也逐渐增加。
在导通期间，电感电流的增量为：

2.开关管T关断时

  二极管正偏导通。电感电流iL经过二极管D流向输出端，电感L中的磁场将改变L两端电压极性，以保持iL不变，这样电源电压Us与电感电压uL串联给C和R供电，负载R端电压Uo仍然是上正下负。电感上的电压Us-Uo<0，电感电流iL线性减小。
在截止期间，电感电流的减小量的绝对值为：

3.电压增益计算

  当电路工作在稳态时，电感电流iL波形必然周期性重复，开关管T导通期间电感中的电流增加量等于其截止时电感电流的减少量，即：

  将上述两个公式带入，可得：

  可以观察到，Dc是一个小于1的数，输出电压与输入电压的比值始终大于等于1，即输出电压高于输入电压。

4.电感电流连续的临界条件

  如果在Ts时刻电感电流iL刚好降到零，则称之为电感电流连续和断续的临界工作状态，如下图所示：

  此时Boost变换器有：

  Boost变换器的输入功率和输出功率为：

  忽略损耗时，有：

  于是：

  将已知量带入，有：

5. 纹波电压△Uo及电容计算

  流经电容的电流ic对电容充电产生的电压△Uo称为纹波电压。电感电流连续模式下，考虑二极管电流会全部流进电容器，在每一个开关周期电容充电或者放电的能量为△Q，则：

  由△Q形成的纹波电压可表示为：

  可计算得在电感电流连续模式时，指定纹波电压限值，需要的电容值为：

四、Simulink仿真分析

1.问题提出

  设计一个输入电压在3-6V的不稳定电源升压到稳定的15V，纹波电压低于0.2%，负载电阻10Ω，开关管选择MOSFET，开关频率为40kHz，要求电感电流连续。搭建仿真电路并分析结果。

2.分析问题

① 开关管选用MOSFET，开关频率为40kHz。
② 输入3-6V，输出15V，则

③ 根据临界电感的计算公式，可得：

  这个值是电感电流连续与否的临界值，L>Lc则电感电流连续，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，则最终选择的值为15uH。
④根据纹波电压要求和电容计算公式，可得：

  实际中电容的取值应该有一个裕量，这里仿真不取裕量，取1mF。

3.Simulink元件选取

直接搜索名字获取即可。
①电源模块：powergui

②直流电源：DC Voltage

③MOSFET

④Pulse Generator

⑤Diode

⑥Series RLC Branch

⑦测量及显示模块（搜索对应名字即可）

其中Multimeter设定如下

⑧一些必要的连接线

4.电路连接图

5.实际效果图

  升压6V(占空比60%)15V，开关频率40kHz。

  升压电路3V(占空比80%）到15V，开关频率40kHz。

五、仿真文件获取

1.积分获取

MATLAB2021版本Simulink：Boost升压电路
可以自己搭建，或者直接用这个做好的。调节不同的参数观察输出，和书上的理论图对应学习分析。

2.免费获取

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六、其余电力电子电路仿真分析

其余电力电子电路参考这里