【正文】 立 電源和周期性開關(guān)組成的原始網(wǎng)絡(luò)，以電容電壓、電感電流為狀態(tài)變量，按照功率開關(guān)器件的‘ ON’和‘ OFF’兩種狀態(tài)，利用時(shí)間平均技術(shù)，得到一個(gè)周期內(nèi)平均狀態(tài)變量，將一個(gè)非線性、時(shí)變、開關(guān)電路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)等效的線性、時(shí)不變、連續(xù)電路因而可對(duì) DC－ DC 開關(guān)變換器進(jìn)行大信號(hào)瞬態(tài)分析，并可決定其小信號(hào)傳遞函數(shù)，建立狀態(tài)空間平均模型。 1987 年美國弗吉尼亞功率電子中心的 Vorperian 三端開關(guān)器件模型法，把變換器的功率開關(guān)管和二極管作為整體看成一個(gè)三端開關(guān)器件，用其端口的平均電壓、平均電流的關(guān)系來表征該模型，然后把它們本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 適當(dāng)?shù)厍度氲揭懻摰淖儞Q器中，變成平均值等效電路。最后，對(duì)設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的變換器基本滿足設(shè)計(jì)要求。 inVQDfL fC R 圖 21 Buckboost電路 的基本 結(jié)構(gòu) 電感電流連續(xù)時(shí)的工作原理和基本關(guān)系 工作原理 （ 1）開關(guān)模態(tài) 1[0， onT ] 在 t=0 時(shí)，開關(guān)管 Q 導(dǎo)通，電源電壓 inV 全部加到電感 L 上，電感電流 Lfi 線性增長，二極管 D 截止，負(fù)載由濾波電容 C 供電。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 oLff VdtdiL ?? （ 23） 當(dāng) sTt? 時(shí)， Lfi 達(dá)到最小值 minLfi 。在 Q 導(dǎo)通期間， Lfi 的增長量 ????Lfi 為： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 ? ? syfinonfinLf TDLVTLVi ??? ? （ 216） （ 2）開關(guān)模態(tài) 2[ onT ， disT ] 在 onTt? 時(shí)， Q 關(guān)斷， Lfi 通過二極管 D 續(xù)流，電感 fL 的儲(chǔ)能向負(fù)載和電容 fC轉(zhuǎn)移。那么由公式 和 ，可以得到： yyino DDVV ?? （ 219） 若不計(jì)損耗，則有： yyino DDII ?? (220) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 變換器輸出電流 oI 可表示為： osfyinyLfo VfL DVDII 221 22m a x ??? (221) 開關(guān)管 Q 和二極管 D 的電流最大值為： sfosfoosfyinD r m sQ r m s fL PfL IVfL DVII 22 ???? (222) 此公式表明功率器件的最大電流在電感電流斷續(xù)工作時(shí)僅由輸出功率 oP 確定。當(dāng) 1V 導(dǎo)通時(shí) , 電感 1L 儲(chǔ)能 , 1L 上的電壓上正下負(fù) , 約等于輸人電壓iV 。 電感計(jì)算 offt ontLI? LI LI m a xLI m inLI 圖 電感電流 在 ont 期間 , IGBT導(dǎo)通 , 1VD 截止 , 1L 儲(chǔ)能；在 oft 期間 , IGBT 截止 , 電感向負(fù)載及電容釋放能量。在同樣的紋波頻率下，電感磁芯材料對(duì)磁芯功率損耗影響很大。開放式的窗口沒有出線問題，線圈與外界空氣接觸面大，有利于空氣流通，散熱方便，可以處理大功率，但電磁干擾大。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 依據(jù)電感設(shè)計(jì)的 AP 法，選用浙江鴻磁科技有限公司的 HC128 納 米晶磁芯，經(jīng)過電感程序計(jì)算采用 24 匝銅箔繞制。 MOSFET依照其 “ 通道 ” 的極性不同，可分為 ntype 與 ptype 的 MOSFET，通常又稱為NMOSFET 與 PMOSFET，其他簡稱尚包括 NMOS FET、 PMOS FET、 nMOSFET、 pMOSFET 等。 N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET 是 為了改善某些參數(shù)的特性，如提高工作電流、提高工作電壓、降低導(dǎo)通電阻、提高開關(guān)特性等有不同的結(jié)構(gòu)及工藝，構(gòu)成所謂VMOS、 DMOS、 TMOS 等結(jié)構(gòu)。 若先不接 VGS(即 VGS=0)，在 D 與 S 極之間加一正電壓 VDS，漏極 D 與襯底之間的 PN 結(jié)處于反向，因此漏源之間不能導(dǎo)電。 這層感應(yīng)的負(fù)電荷和 P 型襯底中的多數(shù)載流子 (空穴 )的極性相反，所以稱為 “反型層 ”，這反型層有可能將漏與源的兩 N 型區(qū)連接起來形成導(dǎo)電溝道。此 曲線 稱為轉(zhuǎn)換特性。 耗盡型與增強(qiáng)型主要區(qū)別是在制造 SiO2 絕緣層中有大量的正離子，使在 P 型襯底的界面上感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，即在兩個(gè) N 型區(qū)中間的 P 型硅內(nèi)形成一 N 型硅薄層而形成一導(dǎo)電溝道，所以在 VGS=0 時(shí)，有 VDS 作用時(shí)也有一定的 ID(IDSS)；當(dāng) VGS 有電壓時(shí) (可以是正電壓或負(fù)電壓 )，改變感應(yīng)的負(fù)電荷數(shù)量，從而改變 ID的大小。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 功率二極管選擇 二極管（ 英語 ： Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè) 電極 的裝置，只允許電流由單一方向流過。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時(shí)阻斷 （稱為逆向偏壓）。 早期的二極管包含 “貓須晶體（ Cat39。一般的二極管結(jié)面積小，不能通過較大電流，但結(jié)電容小，可在高頻率下工作，一般用于高頻電路和小功率的整流。電流值約為： AUPI in a x ??? 選用規(guī)格為 20V/1A 的圓筒熔斷器。現(xiàn)在大量使用的 氧化鋅 （ ZnO）壓敏電阻器，它的主體材料有二價(jià)元素（ Zn）和六價(jià)元素氧（ O）所構(gòu)成。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。壓敏電阻的通流容量較大，但比氣體放電管小。電源輸出反饋電壓 Uf 與基準(zhǔn)電壓 Ug 比較放大得到誤差電壓 Ue， 該誤差電壓再與鋸齒波發(fā) 生器產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較 ,產(chǎn)生占空比變化的矩形波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。它在原有的電壓環(huán)上增加了電流反饋環(huán)節(jié) ， 構(gòu)成電壓電流雙閉環(huán)控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖 42所示。如果輸入電壓的變化是持續(xù)的 ,電壓反饋環(huán)也起作用 ,因而可以達(dá)到較高的線形調(diào)整率。 從控制理論的角度講 ,電壓控制單閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)無條件的二階穩(wěn)定系統(tǒng)。 UC3845 的工作原 理是 ： 反饋電壓和 基準(zhǔn)電壓之差 ,經(jīng)誤差放大器 E/ A 放大后作為門限電壓 ,與反饋電流經(jīng)采樣后的電壓 ,一起送到電流感應(yīng)比較器。反轉(zhuǎn)觸發(fā)器限制 PWM 的占空比調(diào)節(jié)范圍在 0～ 50 %之內(nèi)。 UC3845對(duì)于輸入電壓的變化立即反映為來自 N2電感電流在取樣電阻 R3 上的電壓變化，不經(jīng)過外部誤差放大器就能在內(nèi)部比較器中改變輸出脈沖寬度。當(dāng)其電壓超過 時(shí)， TL431 電流變大，從而使得光耦電流變大， 此時(shí)光耦 另一側(cè) 電流 也 增 大；反之，電流減少。這樣，輸出電本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 壓便會(huì)降低；反之，當(dāng)光耦電流變少時(shí)， 1 腳電壓變小，從而 6 腳輸出占空比變大。 R C5 構(gòu)成低通濾波器，將采到的電流信號(hào)濾波后供給 3 腳，提供電流反饋。以下介紹一些 Protel99SE 的部分最新功能： ◆ 可生成 30 多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表； ◆ 強(qiáng)大的全局編輯功能； ◆ 在原理圖中選擇一級(jí)器件， PCB 中同樣的器件也將被選中； ◆ 同時(shí)運(yùn)行原理圖和 PCB，在打開的原理圖和 PCB 圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò) ◆ 既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)（由原理圖到 PCB），也可以進(jìn)行反向注釋（由 PCB 到原理圖），以保持電氣原理圖和 PCB 在設(shè)計(jì)上的一致性； ◆ 滿足國際化設(shè)計(jì)要求（包括國標(biāo)標(biāo)題欄輸出， GB4728 國標(biāo)庫）； * 方便易用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒?SPICE 3f5）； ◆ 支持用 CUPL 語言和原理圖設(shè)計(jì) PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的 JED 下載文件； * PCB 可設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 地層和 16 個(gè)機(jī)加工層； ◆ 強(qiáng)大的 “規(guī)則驅(qū)動(dòng) ”設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理 的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 ◆ 智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪； ◆ 提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版； ◆ 放置漢字功能； ◆ 可以輸入和輸出 DXF、 DWG 格式文件，實(shí)現(xiàn)和 AutoCAD 等軟件的數(shù)據(jù)交換； ◆ 智能封裝導(dǎo)航（對(duì)于建立復(fù)雜的 PGA、 BGA 封裝很有用）； ◆ 方便的打印預(yù)覽功能，不用修改 PCB 文件就可以直接控制打印結(jié)果； ◆ 獨(dú)特的 3D 顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果； 本文的硬件設(shè)計(jì)就是在 protel 軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 Mos 管電流經(jīng)采樣電阻后送給 UC3845 的 3 腳，形成電流閉環(huán)。 Buckboost 電路實(shí)驗(yàn)測試 將 PCB 印制板圖加工、焊接完成后，進(jìn)行了器件焊接。 圖 56 空載時(shí)輸出電壓測試波形 圖 56 為空載時(shí)電壓輸出波形，由示波器波形可以看出，輸出電壓的最大值為，最小值 ，基本符合設(shè)計(jì)要求。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié) 論 DCDC 變換電路如今是極為重要 的應(yīng)用電路，在電動(dòng)車、電源等諸多場合發(fā)揮著重大作用。 3. 提出了 基于 UC3845 的電壓、電流雙閉環(huán)控制電路，并針對(duì)控制電路加入PC817 和 TL431 電路，大大提高了系統(tǒng)性能。 趙小妹 等， 一種新型 BuckBoost 變換器 ， 電力電子技術(shù) 2020 22(4): 5052 [10] 彭曉珊，余明揚(yáng) .PWM控制的開關(guān)電源仿真研究株洲工學(xué)院學(xué)報(bào) .2020,第 17卷第5期： p7982 [11] 王媛彬，劉健 .PWM開關(guān)變換器分析方法綜述 .電源世界 .2020，第 6期： p14 [12] Xu Jianping， Yu circuit model of switches for SPICE Electronics， Letters， 1988， ， ， p437438 [13] Xu Jianping， Yu Juebang， Zeng simulation of switched DCDC International Symposium on Circuits and Systems， 1991， ， p3032302本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 參考文獻(xiàn) [1] 王兆安、黃俊 ， 電力電子技術(shù) ， 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [2] 賀益康 ， 電力電子技術(shù) .北京 :科學(xué)出版社 ， 2020 [3] 劉樹林 ， 輸出本質(zhì)安全型 BuckBoost DCDC 變換器的分析與設(shè)計(jì) ， 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) ， 2020， 28(3):6065 [4] 馬 麗梅， Buckboost DCDC 變換器的控制，河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020，37(4):101105 [5] 劉樹林 ,BuckBoost 變換器的能量傳輸模式及輸出紋波電壓分析 ,電子學(xué)報(bào)，2020， 20(5):838843 [6] 沈文軒 ， 全數(shù)字控制 BoostBuck DCDC 變換器的應(yīng)用 ， 電力電子技術(shù) 2020，13(1)： 2930. 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