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El circuito de conversión Boost (Boost) es un circuito de conversión de CC no aislado de un solo tubo cuyo voltaje de salida es mayor o igual que el voltaje de entrada. Consiste en una fuente de voltaje de CC, un inductor, un tubo interruptor, un diodo, un capacitor de filtro y una resistencia de carga. El diagrama del circuito de refuerzo se muestra en la Figura 1.
En el último circuito de conversión reductor (Buck), su topología consta de una fuente de voltaje, un interruptor en serie y una carga de fuente de corriente. El circuito del convertidor elevador es una topología dual del circuito del convertidor reductor El convertidor elevador se compone de una fuente de corriente (una fuente de voltaje conectada en serie con una resistencia grande), un interruptor paralelo y una carga de fuente de voltaje (condensador paralelo). Al controlar el ciclo de trabajo del tubo interruptor y luego controlar el voltaje de salida, las dos condiciones de trabajo del circuito del convertidor elevador se muestran en la Figura 2 y la Figura 3, que representan el estado encendido del tubo interruptor y el estado apagado. del tubo interruptor respectivamente.
El circuito de conversión de refuerzo todavía se divide en tres estados según si la corriente del inductor es continua: conducción continua, conducción discontinua y estado crítico. Para facilitar el análisis de las características de estado estacionario del circuito elevador y simplificar el proceso de derivación de la fórmula, se hacen las siguientes suposiciones:
- Los tubos interruptores y los diodos son dispositivos ideales, es decir, independientemente de la caída de voltaje del tubo durante la conducción, se pueden encender o apagar instantáneamente y no se genera corriente de fuga cuando se apagan.
- Los inductores y capacitores son componentes ideales. El inductor trabaja en la región lineal sin saturación, la resistencia parásita es 0 y la resistencia en serie equivalente del capacitor también es 0.
- La relación entre el voltaje de ondulación en el voltaje de salida y el voltaje de salida es muy pequeña y puede ignorarse en la miopía.
1. El convertidor elevador está en modo de conducción continua
1) Cuando el tubo interruptor T está encendido, como se muestra en la Figura 2. El diodo D está conectado al polo negativo de Us, y es cortado por el voltaje inverso. El capacitor C suministra energía a la carga R, y la polaridad es positiva y negativa. La fuente de voltaje está completamente cargada en ambos extremos de el inductor L, es decir, uL=Us. Bajo este voltaje, la corriente del inductor aumenta linealmente y la energía del campo magnético almacenado también aumenta linealmente. En un ciclo del tubo interruptor T, el tubo interruptor T se enciende por tonelada.
Después de encender el tubo interruptor T, la corriente del inductor aumenta en
Entre ellos, D es la relación de trabajo y D=ton/Ts.
2) Cuando el tubo del interruptor T esté cortado, como se muestra en la Figura 3. El diodo se enciende bajo el voltaje directo y la corriente del inductor fluye hacia el lado de salida a través del diodo. El campo magnético en el inductor L cambiará la polaridad del voltaje a través del inductor para garantizar que la corriente del inductor permanezca sin cambios. Por lo tanto, la fuente de voltaje Us está conectada en serie con el voltaje del inductor uL para suministrar energía al capacitor y al resistor, y la polaridad de ambos extremos de la carga R sigue siendo positiva en la parte superior y negativa en la parte inferior. El voltaje del inductor uL=Us-Uo<0, la corriente del inductor disminuye linealmente. En un ciclo, el tiempo en que el tubo de conmutación T se apaga es Ts-ton.
Durante el período de corte del tubo interruptor T, la disminución de la corriente del inductor es
En estado estable, el aumento de la corriente del inductor durante el período de encendido del tubo interruptor es igual a la disminución de la corriente del inductor durante el período de apagado, es decir
Eso es Uo=Us/(1-D), porque D<0, por lo que 1-D<1, por lo que la salida Uo siempre es mayor que la entrada Us, por lo que el circuito es un circuito elevador.
2. El convertidor elevador está en modo de conducción continua (se omite, puede consultar el conocimiento del libro usted mismo)
3. El convertidor elevador está en modo crítico
El convertidor elevador se encuentra en el estado crítico de la corriente del inductor, y la corriente del inductor es igual al doble de la corriente de la fuente de alimentación, es decir, iL=2Is. La potencia de entrada y la potencia de salida del circuito de conversión son respectivamente
Suponiendo que se desprecia la pérdida y que la potencia de entrada es igual a la potencia de salida, podemos obtener
Ecuaciones simultáneas 
, se puede obtener el valor crítico de la inductancia
Cabe señalar que, en aplicaciones prácticas, el valor real de la inductancia es generalmente 1,2-1,3 veces el valor crítico de la inductancia.
4. Diseño de capacitancia y voltaje de ondulación
En el modo continuo de inductancia, considerando que toda la corriente del diodo fluirá hacia el capacitor, en cada ciclo del tubo de conmutación, la energía Q cargada o descargada por el capacitor es
El voltaje de ondulación generado por Q se puede expresar como
De acuerdo con el valor del voltaje de ondulación, el valor de capacitancia C se puede calcular como
A continuación, realice dos experimentos para verificar si el diseño del circuito es correcto. El tubo de conmutación T debe seleccionar MOSFET de 20 KHz e IGBT de 10 KHz respectivamente.
experimentar uno,
Indicadores técnicos: voltaje de entrada de 5 V, voltaje de salida de 15 V, requisito de voltaje de ondulación de 0,2 % Uo, resistencia de carga de 10 ohmios, dispositivo de conmutación MOSFET de 20 kHz.
① Determinar el ciclo de trabajo
② Determinar el valor de la inductancia
El valor real de la inductancia es 1,3 veces el valor crítico de la inductancia, es decir
③ Determine el valor de capacitancia de acuerdo con el voltaje de ondulación
④ Construir un modelo de simulación
⑤Verificación de resultados de simulación
experimento dos,
Indicadores técnicos: voltaje de entrada 12V, voltaje de salida 36V, resistencia 20 ohmios, voltaje de ondulación 0,2% Uo, dispositivo de conmutación 10kHz IGBT
① Utilice MATLAB para calcular los parámetros utilizados en el modelo de simulación
② Construir un modelo de simulación
③Verificación del resultado de la simulación
