一、Boost(升压斩波)电路仿真模型

1.电路模型

        Boost电路以其升压能力、高效率、结构简单、可调整性、快速响应和高可靠性等特点，在电力电子领域具有广泛的应用前景，Boost(升压斩波)电路是一种常见的直流-直流转换器，用于将输入电压升压到更高的输出电压。Boost电路采用电感存储能量的方式来实现电压升压，通过周期性地开关功率开关管来控制能量的传递。Boost电路的基本拓扑结构如下：输入端连接有直流电压Vin，输出端连接有负载电阻RL。电路中包含一个功率开关管（通常为MOSFET）、一个电感L和一个电容C。控制电路会根据输出电压情况来控制开关管的导通和截止，以维持输出电压稳定。

      Boost电路的工作原理可以分为两个阶段：导通状态和关断状态。在导通状态下，开关管导通，输入电源通过开关管和电感形成一个闭合回路。在此状态下，电感储能，电感器中的电流线性地上升，并且能够将输入电压提升到更高的电压。在关断状态下，开关管断开，闭合回路被断开。由于电感的自感性质，导致电流无法突变，电感开始释放储存的能量。通过周期性地重复放电和充电的过程，以产生稳定的高电压输出。

2.参数设置

（1）输入电源参数：

（2）负载参数：

二、仿真分析

1.开环控制

    （1）开环仿真，即驱动脉冲占空比根据手动计算给出，例输入24V输出48V，占空比为0.5，设置如下：

仿真输出波形如下：分别为驱动脉冲、MOSFET电流电压、输入电压、输出电流、输入电流、输出电压（从左只有，从上到下）

（2）输出电压35V，修改占空比为30%，输出波形如下：

电感电流、电压波形如下图所示：

 从上述图中可以看出：当开关管开通时，输入电源给电感充电，电感电流上升，给负载供电，同时给电容充电，当开关管关断时，输入电源与电感一起为负载供电。从输出电压波形中可以看出由于二极管的导通压降使得输出电压小于理论计算的电压值（实际电路如此）。

升压斩波电路之所以能使得输出电压高于输入电压关键原因有二：一是电感L储能之后具有使电压泵升作用，二是因为电容C可将输出电压保持住

2.闭环控制 

      Boost（升压斩波）电路的闭环控制是一种重要的电力电子控制技术，它通过引入反馈机制，实现对输出电压的精确调节和稳定控制。闭环控制Boost电路通过实时比较输出电压与参考电压的差值，并据此调整输入信号，从而确保输出电压的稳定性和精度。

      在Boost电路的闭环控制系统中，通常包含一个或多个反馈环路。这些反馈环路用于检测输出电压，并将其与设定的参考电压进行比较。比较器会产生一个误差信号，该信号随后被用于调整Boost电路的输入信号，以减小输出电压与参考电压之间的偏差。

        本文的电压PI闭环控制策略如下图所示：输出电压与给定值作差之后经过PI控制器运算，最中经过PWM产生器生成PWM波，驱动MOSFET工作，通过调整给定值可以调整最终的输出电压。

      仿真输出波形如下：分别为驱动脉冲、MOSFET电流电压、输入电压、输出电流、输入电流、输出电压（从左只有，从上到下）

（1）输出电压30V

从图中可以看出输出电压稳定到给定值30V。

(2)输出电压48V

     修改PI给定值为48V，输出波形如下图所示：

从图中可以看出输出电压稳定到给定值48V。

(3)输入电压突变，输出48V

    从图中可以看出，输入电压在0.15s时，由24V突变为30V，输出电压可以快速跟随调整稳定到48V。

3.开环控制与闭环控制对比：

（1）开环控制：

结构简单：开环控制系统中没有反馈环节，因此其结构相对简单，不需要额外的反馈测量元件。这种简单的结构使得开环控制在实现上更为容易，成本也相对较低。

稳定性受限：由于缺乏反馈机制，开环控制无法根据输出状态调整输入，这导致其稳定性和转换效率有待提升。特别是在负载变化较大的情况下，输出电压可能会波动或不稳定。

响应速度慢：由于没有实时反馈机制，开环控制在应对输入电压和负载变化时，其响应速度可能较慢，无法迅速调整输出电压。

（2）闭环控制：

稳定性高：闭环控制系统中具有负反馈环节，可以自动对输出量进行调节和补偿。这使得闭环控制在面对系统内部参数变化和外部扰动时，都能保持较高的稳定性。

响应速度快：闭环控制通过实时反馈机制，能够迅速响应输出电压的变化，实现快速调整，从而保持输出电压的稳定。

精确度高：闭环控制通过不断调整输入，使输出电压趋近于给定参考电压，从而实现精确控制。这种精确控制使得闭环控制在需要高精度输出的场合中具有优势。

功能扩展性强：闭环控制不仅可以实现电压的反馈控制，还可以引入电流反馈信号等，进一步提高系统的稳定性和响应速度。例如，双闭环控制Boost电路在输出电压采样的基础上，还进行了输出电流的采样和比较，从而实现了对输出电流的控制。

总的来说，开环控制和闭环控制各有其特点。开环控制结构简单、成本低，但稳定性和响应速度受限；而闭环控制虽然结构相对复杂，但稳定性高、响应速度快且精确度高。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的控制方式。

三、总结

       Boost（升压斩波）电路是一种在电力电子中广泛应用的电路拓扑，其主要功能是将较低的直流输入电压升高到所需的更高输出电压。以下是关于Boost电路的主要特点和应用的总结：

1.电路特点：

（1）升压功能：Boost电路通过开关管的周期性通断和电感储能的释放，实现输入电压的升高。

（2）高效率：在理想情况下，Boost电路的效率可以非常高，因为能量主要在电感中进行存储和释放，而不是以热量的形式损失。

（3）结构简单：Boost电路的基本结构相对简单，主要由电源、电感、开关管、二极管（或同步整流器）和输出电容组成。

（4）可调整性：通过调整开关管的开关频率、占空比以及电路中元件的参数，可以灵活地控制输出电压的大小。

（5）响应速度快：由于采用了开关管的快速通断控制，Boost电路对输入电压和负载变化具有较快的响应速度。这使得Boost电路在需要快速调整输出电压的场合中表现出色。

（6）可靠性高：Boost电路中的关键部件如开关管和电感等通常采用高可靠性设计，能够承受较高的工作温度和电流。此外，通过合理的热设计和电磁兼容设计，可以进一步提高Boost电路的可靠性和稳定性。

2.应用场景：

（1）电源系统：Boost电路常用于将低电压的直流电源升高到设备所需的更高电压。

（2）新能源发电：在太阳能和风能发电系统中，Boost电路用于调整电压，确保输出稳定并与电网或其他设备兼容。

（3）电动汽车：在电动汽车中，Boost电路用于电池管理系统，将电池提供的电压升高到驱动电机所需的电压。

（4）工业控制：在工业控制系统中，Boost电路可以用于驱动各种传感器和执行器，特别是在需要较高电压的场合。

3.注意事项：

（1）电磁干扰：Boost电路中的开关管在工作时会产生电磁干扰，需要采取适当的滤波和屏蔽措施。

（2）散热问题：开关管在工作时会产生热量，需要设计合适的散热系统以确保电路的稳定运行。 （3）稳定性：Boost电路的稳定性受到输入电压波动、负载变化以及元件参数的影响，需要仔细设计电路并进行适当的测试和调整。

     综上所述，Boost电路以其升压功能和广泛的应用领域，在电力电子设计中扮演着重要的角色。随着技术的不断进步和应用需求的增长，Boost电路将继续得到优化和发展。

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