Boost电路原理及开环MATLAB仿真

Boost 电路（升压电路）是一种直流-直流变换器，用于将输入电压升高到比输入电压高的输出电压。它通过控制电感、电容和开关元件（如 MOSFET 或 IGBT）来实现电压升高。Boost 电路在许多电源管理和电子设备中广泛应用，例如太阳能系统、移动设备充电器、电动汽车电源等。

一、Boost电路原理概述

1.Boost 电路的基本结构

Boost 电路的典型组成部分包括：

1. 输入电压源（Vin）：提供直流输入电压，在PFC-Boost电路中是脉动直流输入电压。
2. 电感（L）：用于存储和释放能量。
3. 开关（S）：通常是一个功率 MOSFET，用于控制电流的导通和关断（即电感的充放电）。
4. 二极管（D）：防止电流倒流，确保电流只从电感传输到输出端（其实有一个反向恢复时间要考虑）。
5. 输出电容（C）：用于平滑输出电压，减少波纹；在MOS导通期间为负载供电。
6. 负载（R）：Boost 电路的负载。

Boost 电路的电路图如下：

2.Boost 电路的工作原理

Boost 电路的工作原理可以分为两个阶段：开关导通状态和开关关断状态。通过不断地切换开关，能量在电感中存储和释放，从而实现输出电压升高。

2.1.电感分析

先从电感的角度看一下能量的吸收和释放。

电感的基本特性

• 感抗（Inductive Reactance）：电感对交流电有阻碍作用，称为感抗，通常用 XL​ 表示，单位为欧姆（Ω）。感抗的计算公式为： 

其中，f是交流信号的频率，L 是电感的电感量（单位是亨利，H）。

• 互感（Mutual Inductance）：两个靠近的电感器会互相影响，如果一个电感的磁场能在另一个电感中感应出电压，这个现象称为互感，互感量用 M 表示。对于两个彼此耦合的电感，互感量的计算涉及两个电感的电感量以及它们之间的耦合系数。

• 储能：电感能量储存公式为

  

  其中，E 是电感储存的能量（单位为焦耳，J），I 是电流。

• 自感（Self-Inductance）：电感元件产生自感电动势的能力，和它的电感量 L 成正比，也和电流的变化率成正比。电感量越大，电感器在电流变化时产生的自感电动势越强；如果电感电流的变化率大，产生的反电动势也越大。

• 如果电流增加，自感电动势会产生反向电压阻止电流增加；如果电流减少，自感电动势会产生正向电压以维持电流。

ε：自感电动势，单位是伏特（V）。

L：电感器的电感量，单位是亨利（H）。

dI/dt：电流的变化率，表示电流随时间的变化率，单位是安培每秒（A/s）。

• 电流变化率 dI/dt（吸收能量过程中）：与电感两端的输入电压 Vin 和电感量 L 有直接关系。