boost电路反馈控制器的开发设计与仿真

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1、【高科技产品研发】一一Boost电路反馈控制器的开发设计与仿真朱伟泳(上海飞奥燃气设备有限公司上海201201)摘要：主要进行boost变换器反馈控制其的开发设计。根据boost变换器时变、非线性等动态特性，设计基于PID和PwM的电压反馈闭环控制系统。首先根据传递函数直接建模，验证P、I参数和PwM设计的有效性；然后进行boost~'换器电压型反馈控制器的设计；最后Matlab仿真结果表明设计的反馈控制器是快速稳定的。关键词：boost变换器；反馈控制器；PID；PWM中图分类号：TN710文献标识码：A文章编号：1671

2、—7597(2012)0420071—02O引富若K为锯齿波卜升段斜率，则==ujD=——PBoost变换器在单相功率校正(PFC)电路、电动机传动和其他交直流电源中得到广泛的应用[1，2]。它是一个典型的非WM环节传递函数。设K=500。线性系统，存在着丰富的线性及非线性现象[3，4]。本文主要1．3Boost主电路传递函数基于其在CCM模式下的小信号模型进行了闭环控制系统的设B00st升压电路的传递函数很简单，即为E。计。文中首先利用传递函数直接建模，主要验证了P、I参数和PWM设计的有效性；然后进行boost变换器电压

3、型反馈控制器的因此很容易求出系统反馈传递函数，并进行Simulink建设计；最后Matlab仿真表明本文的电压控制模式闭环控制系统模。如图3所示。是快速稳定的。1闭环控镧系统设计Boost电路的负反馈控制系统很容易设计，其框图如图1所示。U图3Boost反馈控制系统传递函数建模图1Boost闭环控制系统当输入E在1O0—200v之间取值时，系统输出一下就达到1．1PID控制器传递函数．400v。这主要是在传递函数建模时利用了boost电路的稳态传PID控制器主要根据参考信号U。f和反馈(输出)信号uo得递函数，没有考虑其暂态

4、过程，所以仿真体现不出其输出变到的误差信号来计算控制量u，用以控制开关的占空比，常用的化，不过该仿真很好地说明了上述PI控制器和PWM环节设计的有PID控制器有PI和PID两种。本文采用PiEp比例一积分控制器来处效性，可以用这些参数进行boost电路反馈控制的建模仿真设理。．，．、．PI控制器的传递函数为：(：竺：七+计。。Lsv,s2Boost电路电压塑闭环控制系统设计设计参数=0．1，=1／=1／l，=5=10万，则Boost电路电压型反馈控制系统原理如图4所示。(：0．1+—1000n—。1．2PWM环节传递函数在开

5、关电源控制系统中，PID控制器的输出u为直流电平，与锯齿波相比较，得到占空LkD随u变化地PWM信号，其原理如图2所示。因此PWM环节将控制量u由电压信号转换为时间信号D。PwM比较器图4Boost电压型闭环控制原理图系统输出电压(UO)经过采样后与基准电压U一比较得到误差信号，经过PID控制器产生控制信号u，PwM比较器将u和固定频率(5KHz)的锯齿波比较，输出一组控制脉冲控制功率开关管IGBT的导通和关断，维持输出电压相对稳定。甘目目目、利用上述分析结果和参数设置，采用连续模式仿真。Boost图2锯齿波PWM调制原理电

6、路仿真模型如图5，图6和图7所示。万方数据1rTSILICONVALLEY一叠【高科技产品研发】图5Boost电路simulink仿真静模型冒TK,neoffset0一一图9Boost反馈控制输出电压曲线(纹波)图8中可以看~Uboost电路在反馈控制器的作用下，0．4s左右系统输出稳定在400v左右；图9表示的输出电压的纹波形式，Sequen~t可以看到系统输出误差在±0．25％。可见本文所设计的反馈控图6图5中Subsysteml子系统的仿真模型制器的在快速性和稳定性上效果还是不错的。3结论本文主要进行了boost变换器

7、的闭环控制系统的设计。Matlab仿真结果表明本文设计的电压型闭环控制系统是快速稳定的。Tt■mrFon图7图6中Subsystem2子系统的仿真模型仿真结果如图8和图9所示。参考文献：【1】王兆安、黄俊，电力电子技术[M】．北京：机械工业出版社，2000．【2】张占松、蔡宣三，开关电源的原理和设计[MI北京：电子工业出版社．1999．【3】丁茂生、王钢、欧阳慧林，DC—DC变换器数字控制离散建模研．薹．‘．-l-}．．--．}1．．t．．--：究Ⅱ]．继电器，2004，32(14)：8-11．⋯’_≯’⋯‘≯0⋯·【4】冷

8、朝霞、刘庆丰、王华民，一种DC—DC变换器的离散数学模型Il1．系统仿真学报，2008，20(10)：5672—5676．1'eotf$畦：0【51曹文思、杨育霞，基于状态空间平均法的BOOST变换器仿真分析U】．系统仿真学报，2007，19(6)：1329—1334．图8Boost反馈控