【正文】 目 錄1 緒論 2 開關(guān)電源概述 2 開關(guān)電源的技術(shù)追求 2 DC／DC變換器的概述 3 BOOST型DC/DC變換器的應(yīng)用范圍 4 DC／DC變換器的研究現(xiàn)狀 42 BOOST變換器的建模 6 建模工具介紹 6 MATLAB環(huán)境 6 MATLAB語言簡介 9 MATLAB的主要功能 9 BOOST變換器的工作原理 10 線路組成 10 工作原理 10 基于Matlab的Boost變換器狀態(tài)空間建模 11 CCM模式下Boost變換器狀態(tài)空間建模 11 DCM模式下Boost變換器狀態(tài)空間建模 133 基于線性控制方法設(shè)計Boost變換器控制器 15 PID控制理論 15 PID參數(shù)整定方法 16 ZieglerNichols設(shè)定方法 16 臨界靈敏度法 16 PI控制器的設(shè)計 174 系統(tǒng)仿真研究 195. BOOST變換器硬件仿真 20結(jié) 論 23致 謝 24參 考 文 獻 251 緒論 開關(guān)電源概述開關(guān)電源被稱為高效節(jié)能型電源，它是穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。在20世紀70年代研制出的脈寬調(diào)制器集成電路，僅對開關(guān)電源中的控制電路實現(xiàn)了集成化；80年代問世了單片開關(guān)穩(wěn)壓器[1]。穩(wěn)壓電源是各種電子的動力源，被人稱為電路的心臟，所有用電設(shè)備，包括電子儀器儀表，家用電器。等對供電電壓都有一定的要求。至于精密的電子儀器，對供電電壓的要求更為嚴格。目前，隨著單片開關(guān)電源集成電源的應(yīng)用，開關(guān)電源正朝著短、小、輕、薄的方向發(fā)展。單片開關(guān)電源自20世紀90年代中期問世以來就顯示出來它強大的生命力，它作為一項頗具發(fā)展和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的廣泛重視[2]。特別是最近兩年來，國外一些著名的芯片廠家又競相推出了一大批單片開關(guān)電源集成電路，更為新型開關(guān)電源的推廣及奠定了良好的基礎(chǔ)。單片開關(guān)電源具有高性價化、集成度高、最佳性能等指標(biāo)、最簡外圍電路，現(xiàn)已成為開發(fā)中小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路[3]。 開關(guān)電源的技術(shù)追求小型化、薄型化、輕量化、高頻化：開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實質(zhì)上就是盡可能減小儲能元件的體積。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感和變壓器的尺寸，而且還能抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向[3]。高可能性：開關(guān)電源使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光電偶合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以要從設(shè)計方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問題，也增加了保護等功能，簡化了電路，提高了平均無故障時間。低噪聲：開關(guān)電源的缺點之一是噪聲大。單純地追求高頻化，噪聲也會增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開關(guān)電源的有一發(fā)展方向。采用計算機輔助設(shè)計與控制：采用CAA和CDD技術(shù)設(shè)計最新變換拓撲和最佳參數(shù)，使開關(guān)電源具有最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引人微機檢測和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實施檢測、記錄并自動報警等。 DC／DC變換器的概述DC/DC變換器屬于功率電子學(xué)的研究范疇，涉及到電力電子和控制理論等學(xué)科，從七十年代初發(fā)展至今，有關(guān)這類變換器的理論分析和應(yīng)用研究得到了極大的發(fā)展[4]。在電子設(shè)備領(lǐng)域中，通常將整流器稱為一次電源，而將DC/DC變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成直流電壓。而二次電源的作用是將頻率，振幅不可調(diào)的直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率，振幅均可調(diào)的直流電壓。通過這一過程可以有效地提高輸出電能的功率因數(shù)，故DC/DC變換器又被稱為功率因數(shù)變換器(PFC)[5]。傳統(tǒng)的開關(guān)電源，一般是基于PI控制方法設(shè)計，利用DC/DC變換的小信號模型，然而研究表明，因為DC/DC變換器本質(zhì)是非線性的，因此基于小信號模型設(shè)計出來的控制器，不能保證系統(tǒng)在輸入和負載大范圍變化下的穩(wěn)定性[6]。由于這些問題的存在，研究人員不斷尋找更為有效的控制策略。目前，對于DC/DC變換器的智能控制方法的研究工作已進行了很多，現(xiàn)在大都采用狀態(tài)反饋的方法，如基于雙線性大信號模型的狀念反饋控制器、帶非線性前饋的線性二次型調(diào)節(jié)器、帶參數(shù)辨識的自適應(yīng)狀態(tài)反饋控制器、滑模變結(jié)構(gòu)控制、基于輸入輸出線性化的自適應(yīng)控制器等，都取得了不錯的控制效果。同時又有一部分采用了新的智能控制方法，所有這一切都使DC/DC變換器的控制研究進入了一個嶄新的階段[7]。一般說來，比較常用的是傳統(tǒng)模糊模型用語言描述和規(guī)則的形式來直接表達操作人員、設(shè)計者和研究人員的直覺和經(jīng)驗，不需要精確的數(shù)學(xué)建模。系統(tǒng)模糊模型大致可以分兩類，即I型模糊模型和II型模糊模型。前者是指模糊規(guī)則的結(jié)論部分是一個模糊集合的模糊模型，后者是指模糊規(guī)則的結(jié)論部分是一個與輸入變量有關(guān)的函數(shù)，TS模糊模，弘是其常用形式。模糊控制算法的主要缺點是缺乏分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方法以及在選擇隸屬度函數(shù)的形狀、重疊度和量化水平時缺少明確的判據(jù)。因此對于這方面的研究和改進有很廣泛的應(yīng)用前景和研究潛力[8]。 BOOST型DC/DC變換器的應(yīng)用范圍DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵、列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制具有加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約20％～30％的電能。直流斬波器不僅能起到調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用[6]。DC/DC變換器是一種能高效地實現(xiàn)直流到直流功率變換的混合集成功率器件，主要采用了高頻功率變換技術(shù)，即將直流電壓通過功率開關(guān)器件變換成高頻開關(guān)電壓，且輸入與輸出之間完全隔離。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空、航天、通信、雷達、以及其他所有采用分布式供電體系的領(lǐng)域[9]。其主要發(fā)展方向是：采用多芯片組件技術(shù)和新型高導(dǎo)熱基板（如AIN金剛石和金屬等），進一步提高功率密度（3W/cm3以上）和輸出功率（達200W以上），工作頻率達1