【正文】 r a n chS co p eRP u l s eG e n e r a t o rnode 10g md sM o s f e tD i o d eD C V o l t a g e S o u r cei+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 3i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n tCBUCK變換器設計步驟 ? 選擇續(xù)流二極管 D。續(xù)流二極管選用快恢復二極管，其額定工作電流和反向耐壓必須滿足電路要求，并留一定的余量。 ? 選擇開關管工作頻率。最好工作頻率大于 20KHZ，以避開音頻噪聲。工作頻率提高可以減小 L、 C，但開關損耗增大，因此效率減小。 ? 開關管可選方案： MOSFET、 IGBT、 GTR。 ? 占空比選擇。為保證當輸入電壓發(fā)生波動時，輸出電壓能夠穩(wěn)定，占空比一般選 。 ? 確定臨界電感。 ，電感選取一般為臨界電感的 10倍。 ? 確定電容。電容耐壓必須超過額定電壓；電容必須能夠傳送所需的電流有效值；電流有效值計算：電流波形為三角形，三角形高為 ，底寬為 ，因此電容電流有效值為： ? 根據(jù)紋波要求，確定電容容量。 ? 確定連接導線。確定導線必須計算電流有效值（ RMS） ,電感電流有效值由下式給出： ? ? 由電流有效值確定導線截面積，由工作頻率確定穿透深度（當導線為圓銅導線時，穿透深度為： ），然后確定線徑和導線根數(shù)。 Boost電路 ? Boost電路如圖 57a所示，等效電路如圖 57b所示，工作波形圖如圖 58所示。它是一升壓斬波電路，同 Buck變換器一樣， Boost變換器也有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式，電感電流連續(xù)時，存在兩種開關狀態(tài)；電感電流斷續(xù)時，存在三種開關狀態(tài)。電路穩(wěn)定狀態(tài)下的工作分析如下： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 27 J ul 20 00 S h e e t o f F i l e : D : \ l i c i r c u i t \ l i ho n g. d db D r a w n B y :QDLC ZVd uciCioB o o s t 電路圖iLQDLC ZVd uciCioiLQDLC ZVd uciCioiLQDLC ZVd uciCioiLb Q 導通Q 關斷 Q 關斷時電感電流為零adc圖 57 Boost電路及不同開關狀況下等效電路 iLIL m a xIL m i nIiiLIL m a xIL m i nIL m i nIL m a xiQiDiCucΔ UCttttttttttttIL m a xIL m a xIL m a xiCuca 電感連流連續(xù) b 電感電流斷續(xù)000000 000000Iitonto f fT tonTt ’o f f IOIm a x IOVGEVGE IOIm a x IO圖 58 Boost電路各點工作波形 ? 1) 電感電流連續(xù)模式 CCM（ Continuous current mode） ? 開關狀態(tài) 1： Q導通 ? Q管導通，輸入電壓加到儲能電感 L兩端，二極管 D被反向截止，等效電路如圖 57b所示，流過電感的電流： ? 開關狀態(tài) 2： Q截止 ? Q管截止，二極管正向偏置而導通，等效電路如圖 57c所示電源功率和儲存在 L中的能量通過二極管 D輸送給負載和濾波電容 C。此時流過電感的電流為： ? 顯然，只有 Q管導通期間（內）儲能電感 L增加的電流等于 Q管截止期間（內）減少的電流，這樣電路才能達到平衡，才能保證儲能電感中一直有能量，才能不斷地向負載提供能量和功率。解得： ? 表明 Boost DCDC變換器是一個升壓電路，當占空比從零變到 1時，輸出電壓從 變到任意大。 ? 設負載阻抗 Z=RL，從能量守恒定律出發(fā)，輸出電流 IO=VO/RL，電感平均電流即為輸入電流 IL=Ii： ? 電感電流的最大值： ? 電感電流的最小值： ? 電感電流不能突變，只能近似的線性上升和下降，電感量越大電流的變化越平滑；電感量越小電流的變化越陡峭。當電感量小到一定值時，在 t=T時刻，電感 L中儲藏的能量剛剛釋放完畢，這時 ，此時的電感量被稱為臨界電感，當儲能電感 L的電感量小于臨界電感時，電感中電流就發(fā)生斷續(xù)現(xiàn)象。 ? 濾波電容上的電壓等于輸出電壓，電容兩端的電壓變化量實際上就是輸出電壓的紋波電壓， 的波形如圖 58a所示。若忽略負載電流脈動，則在導通期間電容泄放電荷量應等于在關斷期間電容充電電荷量，反映了電容峰 峰電壓脈動量： ? 由此可知，降低紋波電壓，除與輸出電壓有關外，增大濾波電容 C可以起到顯著效果，提高電力半導體器件的工作頻率也能收到同樣的效果。 ? 2）電感電流斷續(xù)工作方式（ Discontinuous current mode） ? Boost變換器在電感電流斷續(xù)時有三種開關狀態(tài)：① Q導通，電感電流從零增長到 ；② Q關斷，二極管 D續(xù)流，電感電流從 降到零；③ Q和 D均截止，電感電流保持為零，負載由輸出濾波電容供電。這三種工作狀態(tài)的等效電路如圖 57b、 c、 d所示。 ? Q導通期間，電感電流從零開始增長，其增長量為： ? Q截止后，電感電流從 線性下降，并在 時刻下降到零，即： ? 式中 ，電感電流斷續(xù)時 ? 若 t=toff時電流恰好等于零， ? 兩邊各自相加除以 2得 即臨界電感 ? 電感電流臨界連續(xù)時的平均值 C o n t i n u o u sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1v+V o l t a g e M e a s u r e m e n tS e r i e s R L C B r a n chS co p eRP u l s eG e n e r a t o rnode 10gmdsM o s f e tD i o d eD C V o l t a g e S o u r cei+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 3i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n tC3 、 BuckBoost電路 ? 圖 59a 為 BuckBoost電路原理圖，它即能夠工作在 Buck型，又能夠工作在 Boost型。它的輸入電壓極性與輸出電壓極性相反，輸入為正時輸出為負，在 Buck和 Boost變換器中存在一個能量從電源流入負載的期間，而在 BuckBoost變換器中，能量首先儲存在電感中，然后再由電感向負載釋放能量。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 13 A ug 2 00 0 S h e e t o f F i l e : D : \ l i c i r c u i t \ l i ho n g. d db D r a w n B y :QDC ZVd uciCi oB uc k B o o s t 電路圖iLbQ 導通Q 關斷 Q 關斷時電感電流為零adcLiDi uL QDC ZVd uci oiLLiDi uLQDC ZVd uciCi oiLLiDi uL QDC ZVd uciCi oiLLiDi uLCi圖 59 BuckBoost電路原理圖 ? 電感電流連續(xù)模式 CCM（ Continuous current mode） ? 在電感電流連續(xù)條件下，工作于圖 59b、 c所示的兩種狀態(tài)。 ? 狀態(tài) 1： Q導通 ? Q管導通，二極管 D反偏關斷，能量從輸入電源流入，并存儲在電感 L中， L上的電壓上正下負，等于輸入電壓，此時負載電流由慮波電容 C提供，等效電路如圖 59b所示。 ? 在 ton期間內電感電流的增量為： ? 狀態(tài) 2： Q關斷 ? 在 t=ton時刻， Q關斷，由于電感中電流不能突變， L上呈現(xiàn)的感應電勢 ,當該感應電勢超過輸出電壓 VO時，二極管導通，電感 L上存儲的能量通過 D向負載和電容 C釋放，補充了電容 C在 ton期間損失的能量，負載電壓極性與輸入電壓極性相反，等效電路如圖 59c所示，波形如圖 510a所示。 ? 電流按線性規(guī)律直線下降，電感電流的減少量為 ? 顯然，電路平衡時，才能保證儲能電感 L中一直有能量，才能不斷地向負載提供能量和功率。因此電流在開通和關斷期間變化相等，得輸出電壓平均值 ? 改變占空比就能獲得所需的輸出電壓。 ? 當 時， ； ? 當 時， ，為升壓型； ? 當 時， ，為降壓型。 ? 這樣，就可以得到高于或低于輸入電壓的任何輸出電壓。在要求輸出電壓一定的情況下，容許輸入電壓有較大的變化都能夠工作。 ? 假設電路中所有的器件為理想開關，即變換器無功率損耗，輸入功率等于輸出功率，負載阻抗 ： ? 由于輸入平均電流與電感平均電流有以下關系 ? 因此有： ? 電感電流的最大值： ? ? 電感電流的最小值： ? 當電感電流的最小值為零時，電感為臨界電感： ? 電容上的峰 峰脈動電壓求法同 Boost電路一樣，可得： ? Q管截止時承受的反向電壓為： ? Q管開通時，加于二極管 D上的反向電壓為 ? 2）電感電流斷續(xù)工作方式（ Discontinuous current mode） ? 圖 510b給出了電感電流斷續(xù)工作時的主要波形，此時 BookBoost變換器有三種開關狀態(tài)，① Q導通，電感電流從零增長到最大值；② Q關斷，二極管續(xù)流，電感電流從最大值降到零；③ Q和 D均截止，電感電流保持為零，負載由輸出濾波電容供電。這三種工作狀態(tài)的等效電路如圖 59b、 c、 d所示。Q導通期間，電感電流從零開始增長，其增長量為： ? Q截止后，電感電流線性下降，并在 時刻下降到零，即： ? 因此有： ? 式中 ，電感電流斷續(xù)時 ? 若 t=toff時電流恰好等于零 : ? 兩邊各自相加后除以 2得 ? 電感電流臨界連續(xù)時的平均值 BUCKBOOST電路 MATLAB仿真 C o n t i n u o u sp o w e r g u iv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1v+V o l t a g e M e a s u r e m e n tS e r i e s R L C B r a n chS co p eRP u l s eG e n e r a t o rnode 10g md sM o s f e tD i o d eD C V o l t a g e S o u