摘 要

Abstract 5

第1章 绪论 6

1.1 课题背景及研究目的意义 6

1.2 CCM模式boost变换器国内外研究现状 7

1.3 DC-DC变换器建模方法 8

1.3.1 数字仿真法 9

1.3.2 解析建模仿真方法 9

1.4 课题主要内容 11

第2章 boost变换器基本原理 12

2.1 boost电路的基本工作原理 12

2.1.1 伏秒平衡定理 12

2.1.2 boost电路升压基本原理 13

2.2 boost电路的CCM与DCM工作模式 15

2.3 本章小结 19

第3章CCM模式 boost变换器参数设计 20

3.1 CCM与DCM电路能量流动分析 20

3.1.1 DCM电路的能量流动分析 20

3.1.2 CCM电路的能量流动分析 21

3.2 CCM模式下的电感L参数设计 23

3.3 CCM模式下的电容C参数设计 24

3.4 参数设计与仿真验证 26

3.5 本章小结 28

第4章 CCM模式boost电路小信号模型 29

4.1 状态空间模型介绍 29

4.2 CCM模式 boost小信号模型建立 30

4.3仿真验证 33

4.4 本章小结 34

第5章 CCM模式 boost变换器电压控制模式 35

5.1 系统闭环控制器设计步骤 35

5.2 CCM模式boost环路补偿网络设计 36

5.3 仿真验证 37

5.4 本章小结 40

第6章 总结与展望 41

\6.1总结 41

6.2展望 41

致谢 42

参考文献 43

摘要

随着科技的的高速发展，信息化产业已经成为二十一世纪各国国力竞争的主要产业之一。考虑到信息行业的底层设备核心多为“芯片”，而芯片的供电质量对于芯片的工作至关重要。DC-DC变换器由于其近年来的长足发展，在高频化，轻量化方面取得了重大突破，同时由于其稳定性较高，十分适合应用于相关电子信息行业做供电电源。因此设计一个高效率，高可靠性的DC-DC电源，对于相关电源行业的发展有着重要的意义。本课题针对CCM模式下的boost型DC-DC开关功率变换器的电压模式反馈系统的设计展开研究，通过完成一个拥有具体参数要求的boost型电路的设计，了解boost型电路相关参数的设计方法，建立小信号数学模型，及其补偿网络的设计。探究完整的boost型电路设计方案。

关键词：boost变换器， CCM模式， 小信号建模 ，控制器设计

Abstract

With the rapid development of science and technology, the information industry has become one of the main industries in the 21st century.Considering that the core of the underlying equipment in the information industry is mostly "chip", the power supply quality of the chip is crucial to the work of the chip.Due to its rapid development in recent years, dc-dc converter has made a significant breakthrough in the aspects of high frequency and light weight. At the same time, due to its high stability, it is very suitable for application in the relevant electronic information industry as a power supply.Therefore, the design of a high-efficiency and high-reliability dc-dc power supply is of great significance to the development of the relevant power supply industry.

This paper studies the design of voltage mode feedback system of boost dc-dc switch power converter in CCM mode, and finally obtains a set of mature system design theory.

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Key Words：Boost converter, CCM mode, small signal modeling, controller design

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的意义

随着科技的的高速发展，信息化产业已经成为二十一世纪各国国力竞争的主要产业之一。工业4.0时代，我国也正积极进行着数字化，信息化产业升级。尤其是国家正在推出的“新基建”概念，5G，人工智能等先进技术得到了各界的高度重视。电子信息产业则是相关高新技术的基础支撑行业，在计算机硬件，智能仪器仪表，航天军工，信息通讯，工业控制等多个领域得到广泛的应用^[1-4]。

考虑到相关电子信息行业的底层设备核心多为“芯片”，而芯片的供电质量对于芯片的工作至关重要。DC-DC变换器由于其近年来的长足发展，在高频化，轻量化方面取得了重大突破，同时由于其稳定性较高，十分适合应用于相关电子信息行业做供电电源。因此设计一个高效率，高可靠性的DC-DC电源，对于相关电源行业的发展有着重要的意义^[5]。

DC-DC变换器的主要功能是将一个固定的直流电压（可以是前级的直流源，也可以是电网电流通过整流获得）变换成另一个稳定的或可调节的直流电压。根据是否存在隔离级，DC-DC变换器可以分为直接型变换器和间接型型变换器。直接型DC-DC变换器又被称作DC-Chopper,多用于直接的直流电压转换。间接型变换器则多在变换器的中间加有一个隔离级，构成DC-AC-DC的多级结构，一般通过高频变压器实现磁隔离，由于其通过开关器件进行电能变换，也被称作开关电源。

本课题的研究目标为直接直流变换器，相比间接直流变换器，直接直流变换器的结构相对简单，工业成本低。在一些无隔离要求，大容量供电场合均有广泛应用，尤其在电机驱动和新能源发电场合应用较为广泛，同时也是许多电源的调压前级。典型的直接DC-DC变换器包括降压斩波电路（BUCK-Chopper），升压斩波电路（BOOST-Chopper），升降压斩波电路（BUCK-BOOST Chopper），Cuk斩波电路，Sepic斩波电路等。其中boost变换器由于结构简单，已广泛应用于直流电动机传动，单相功率因素校正（PFC电路）和一些相关交直流电源中。

BOOST电路的参数设计，一直都是工业电源领域的重要研究内容。一般应用于特殊场合的电源都有一定的性能指标要求，而以BOOST为代表的DC-DC变换电路多以开关器件(MOSFET,IGBT等)和二极管的通断配合进行电压调整。开关器件和二极管都是强非线性的电气元件，给系统的参数设计带来了很大的难度。在以前的电源工业中，系统的参数（电阻，电感，电容）多采用实验选择法，多次试验增加了系统设计的成本，同时也有很多安全隐患。建立数学模型则是解决这个问题的有效途径，高精度的数学模型的建立，可以为工业电源元件的参数选取提供工业指导，意义重大。