【正文】 T/ms(b) R1=15K U/V T/ns(c) R2=46K圖317 (a)(b)(c)電阻R1不同時電壓Vo的波形由圖317得在一定時間內(nèi)電阻R1不同時電壓Vo會發(fā)生變化，而且在電阻R1=46K時電壓Vo幾乎是不變的,而且在仿真中當(dāng)R1=10K時Vo也是幾乎不變的?！Ψ抡骐娐凡ㄐ蔚姆治鲇蓤D37仿真出來的波形如圖38所示，在圖38中綠色代表電壓V的波形，藍色代表電壓Vo的波形，紅色代表Vo1的波形。圖36 鋸齒波產(chǎn)生電路的仿真 基于Boost變換器的儲能電路仿真　基于Boost變換器的自供電超級電容器儲能仿真電路本部分在基于前饋Boost變換電路的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，圖37是本課題所要設(shè)計的電路，此仿真電路也是采用了LTspice仿真軟件與圖1所不同的是圖37除了具有圖31Boost變換器的升壓功能外，圖37又具有自啟動的功能。所以應(yīng)該在對以上設(shè)計仿真的Boost變換電路的基礎(chǔ)上設(shè)計自供電電路。由圖32可以知道Boost變換器實現(xiàn)了升壓的功能。Vo1Vin圖31 Boost變換器的仿真電路如圖31所示，圖31是用LTspice軟件仿真的Boost變換電路，在Boost變換器中它主要由比較器UMRR2等組成，C1是一個超級儲能電容器，它作為主要的儲能元件。因此超級儲能電容器因為無污染易于充放電在采集器中被用作儲能單元。這種情況下會將電路損壞，所以我們必須避免這種情況的發(fā)生。與此同時電源也向負載供電，電容C被充電。圖25 Boost變換器Boost變換器的工作原理如圖26所示，當(dāng)VT處于接通狀態(tài)時，流過電感中的電流會慢慢增大，因此此時的電感會儲存能量，同時流過電阻R中的電流是由電容C供給的。但是尺寸小也帶來了問題比如尺寸小的產(chǎn)品的散熱能力比尺寸大的產(chǎn)品差，同時這些便于攜帶的產(chǎn)品一般都具有無線電電路和射頻接收器，因此對噪聲很敏感。通常Ro表示輸出電阻，而且Ro是用來描述輸出電壓與輸出電流關(guān)系的，Ro可以用以下公式來描述： ()其中△V表示輸出電壓的變化，從公式(3)可以知道當(dāng)輸出電阻Ro越小時，表示輸出電壓變化的小而且輸出特性好。當(dāng)C1在輸入和地之間時，會放電。(a) (b) (c) (d)圖22 電荷泵工作的基本原理電荷泵的基本電路有兩種即倍壓型和反壓型，圖23(a)描述了倍壓型電路的工作原理。 電荷泵電路的基本理論　電荷泵的基本原理現(xiàn)代生活中隨著各式各樣電子產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展，對電源管理芯片的要求越來越高。但是它需要外部電壓源或電荷源來驅(qū)動，而且有一定的機械約束。通過電場從而將機械能轉(zhuǎn)化為電能的微型振動發(fā)電機是電磁式發(fā)電機。（3）通過改變參數(shù)比較不同參數(shù)下電壓、電流等變化進而進一步分析比較，以期對儲能電路進行改進。而在生產(chǎn)生活中用的蓄電池儲能雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)、UPS電源等方面，但蓄電池本身有缺點如循環(huán)壽命短、功率密度低。由于這些不足使得研究人士不得不進行改進，因此在21世紀(jì)初人們發(fā)明了第三代箝位技術(shù)，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)明顯提高了轉(zhuǎn)換效率。1970年以后，由于電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，市場上出現(xiàn)了各種各樣的可控制的電力電子全控型器件。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在2006年自主研發(fā)出了一種帶超級電容的汽車，并且在上海應(yīng)用，從此開通了我國首條超級電容器公交商業(yè)示范線，帶來了巨大的社會和經(jīng)濟效益。超級電容器早先是一種建立在界面雙電層理論基礎(chǔ)上的電容器，這種理論是由德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的。超級電容器是一種新型儲能元件，具有功率密度大、體積小而且無污染，環(huán)境友好的顯著優(yōu)點。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計說明書(論文) 題 目： 基于Boost變換器的自供電 超級電容器的電路設(shè)計 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院2014屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。論文主要研究基于Boost變換器的自供電超級電容器的電路設(shè)計，重點研究所設(shè)計仿真電路的儲能特性。美國科學(xué)家Becker在1957年發(fā)表了首篇關(guān)于超級電容器的論文以后，一些國家便陸續(xù)開始對超級電容器進行了深入的研究。近些年來，因為超級電容器獨特的優(yōu)點以及良好的發(fā)展前景，國內(nèi)的一些研究機構(gòu)和公司也開始積極涉足對超級電容器的開發(fā)與應(yīng)用。尤其是近些年來，隨著人們生活和工作的需要，出現(xiàn)的許多的電子設(shè)備需要電池供電。而在20世紀(jì)90年代中期開始，全橋移相ZVS軟開關(guān)技術(shù)大部分應(yīng)用在中、大功率場合。超級電容器作為現(xiàn)代一種新型儲能元件，具有很多獨特的優(yōu)點例如功率密度大、充放電效率高，而且無污染，環(huán)境友好。2 超級儲能系統(tǒng)的基本理論2．1 概述本論文是在基于Boost變換器的基礎(chǔ)上對自供電超級電容器的電路設(shè)計，本論文的設(shè)計總體思路如圖21所示。由發(fā)電機結(jié)構(gòu)我們知道，在固定磁體產(chǎn)生的磁場中，由于通過附在振動質(zhì)量塊下面的線圈中的磁通量會發(fā)生變化，由法拉第感應(yīng)定律的知識我們可知，它一定會產(chǎn)生電勢差。通常靜電式振動發(fā)電機應(yīng)用在非常小的系統(tǒng)。未來電源電路的設(shè)計需要具有安全性能好、重量輕、用電少等特點，而電荷泵電路也因為具有這些優(yōu)點在中低功率電池電路中受到人們的好評。在倍壓型電路中電壓的變化是通過兩個階段實現(xiàn)的，在第一個階段中S1和S2處于關(guān)閉狀態(tài)，而S3和S4打開，可以看出電容處于充電狀態(tài)，充電到一定值，此值就是輸入的電壓。 圖(a)電荷泵電路 圖(b)相關(guān)波形圖23 倍壓電荷泵電路及其工作波形圖24描述了電荷泵電壓反轉(zhuǎn)變換器的基本工作原理，由圖可以看出它是由開關(guān)、反相器、電容和振蕩器組成的。通過對電荷泵兩種電路的分析，可以看出電荷泵電路的優(yōu)點，但是電荷泵電路也具有以下缺點：（1）它的輸入與輸出的電壓比是有限的。因此研究人士發(fā)明了一種切實可行的電路即電荷泵電路，電荷泵電路具有低噪聲、低成本和高效率的優(yōu)點。在圖26(a)中在導(dǎo)通時間結(jié)束以后，VT會處于斷開狀態(tài)，而此時的電感會釋放能量，并且它會與輸入的電壓共同作用來使VD導(dǎo)通，同時電阻R中有電流流過，進而對電容充電。當(dāng)t=t2時，此時的從最大值減小到最小值，的減小量表示為： () 在t2時，VT又一次導(dǎo)通，電路進行下一個開關(guān)周期。電路中與的關(guān)系表示為： ()用表示輸出電壓的脈動，可以表示為： ()，可以采取增大電容C和增加f的方法來減小輸出電壓的紋波。根據(jù)能量的儲存形式，能量儲存系統(tǒng)可以分為電磁存儲、機械存儲、化學(xué)存儲、生物存儲和熱能存儲。比較器U1的輸出電壓是個方波，這個方波為M1提供柵極觸發(fā)信號。在仿真結(jié)果中如果改變R1和R2的數(shù)值，M1的驅(qū)動脈沖的占空比會發(fā)生變化，而且輸出的電壓也會變化。因為以上Boost變換電路的驅(qū)動是直接用仿真軟件中的電源提供的，所以要設(shè)計出為Boost變換器提供電能的電路，以實現(xiàn)自供電。Vo1VVzVoVin圖37 基于Boost變換器的自啟動超級電容器電路仿真圖37中的R3和C3構(gòu)成了自啟動電路，DDCCR4和D4構(gòu)成了自供電電路，同時C3既是自啟動電路的一部分又是二級儲能器件。 U/V T/ms圖38 基于Boost變換器的自啟動自供電超級電容器電路仿真波形由圖39我們可以進一步理解此設(shè)計電路的工作過程，圖39以M1的驅(qū)動電壓為基準(zhǔn)，綠色代表驅(qū)動M1的電壓，藍色代表電壓V，紅色代表Vo，淺藍色代表電壓Vo1，如圖所示的波形可以看出在M1導(dǎo)通時，電容C2兩端電壓升高，當(dāng)M1關(guān)斷時電壓Vo1和Vo升高，正如圖39所示。另外在一定范圍內(nèi)隨著R1的增大電壓Vo有降低的趨勢。仿真時是將最終的儲能電路的各個部分進行仿真，然后再對整個儲能電路進行仿真。 Journal of Power ElectronicsIEEE Transactions on Industrial Electronics在畢業(yè)設(shè)計期間，曹老師耐心聽取工作進展，并適時提出非常寶貴的意見對我進行諄諄的教誨，從前期報告一直到畢業(yè)論文曹老師對我提出的問題進行了指導(dǎo)使我順利完成了本論文的一切工作。Supercapacitor/battery hybrid powered electri