【正文】 化曲線 。目前在世界范圍內(nèi)經(jīng)常使用的儲能器件有蓄電池、超導(dǎo)磁體、 飛輪和超級電容器等。工作頻率和功率密度雖然增加了，但是它的轉(zhuǎn)換效率卻降到了低于百分之九十。 表 11 國內(nèi)外超級電容器的參數(shù)對比 電容量 /電壓 ESR (mΩ ) (mΩ .F) 額定電流 / 峰值電流 (A) 漏電流 (mA) 體積 (m3) NESS 600F/ 1700F/V 3500F/ 08 480 1105 1575 145/500 371/1048 700/1718 5 9 14 90x60x28 165x60x28 165x60x52 富辰 100F/ 600F/ 3500F/ 9 900 360/420 875 22/64 150/570 781/2305 200 2 8 90x25x46 90x60x28 165x60x52 集星 600F/ 1800F/ 2400F/ 1080 2160 2760 130/389 339/769 424/890 10 10 12 165x60x52 165x60x52 165x60x57 DC/DC變換技術(shù)的發(fā)展概況 DC/DC變換器是一種將直流電壓變?yōu)橹绷麟妷旱淖儞Q器，只是轉(zhuǎn)換的直流電壓是恒定的或是可以調(diào)節(jié)的。當(dāng) 前超級電容器在各個領(lǐng)域都有應(yīng)用，如在電動車、風(fēng)力發(fā)電、電梯節(jié)能等領(lǐng)域都有 廣泛的 涉及。 基于 Boost 變換器的儲能電路仿真 ..................................... 18 結(jié)論 .................................................................. 25 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 26 致 謝 ................................................................ 28 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 引言 超級儲能電容器的國內(nèi)外 發(fā)展情況 超級儲能電容器的國外發(fā)展情況 超級電容器是一種電化學(xué)元件， 根據(jù)工作原理的不同 我們通常 可以將 它 分為兩種不同的 類型，即雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容 器 。 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(diǎn) 。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(jì)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(jì) 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)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(jī)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(jì)，重點(diǎn)研究所設(shè)計(jì) 仿真 電路的儲能特性。 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。 哈 爾濱工業(yè)大學(xué)在 20xx 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(jì)效益。 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。由于河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 這些不足使得研究人士不得不進(jìn)行改進(jìn)，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。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(diǎn) 如循環(huán)壽命短、功率密度低。 （ 3） 通過改變參數(shù)比較不同參數(shù)下電壓、電流等變化進(jìn)而進(jìn)一步 分析 比較 ，以河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 期對 儲能電路 進(jìn)行改進(jìn)。 通過電場從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的微型振動發(fā)電機(jī)是電磁式發(fā)電機(jī)。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(jī)械約束。 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。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 (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。當(dāng) C1在輸入和地之間時(shí)， HOLDC 會放電。 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： IoVRo ?? () 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(shí)，表示輸出電壓變化的小而且輸出特性好。 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(shí)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。 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(shí)，流過電感中的電流會慢慢增大，因此此時(shí)的電感會儲存能量，同時(shí)流過電阻 R中的電流是由電容 C供給的。與此同時(shí)電源也向負(fù)載供電，電容 C被充電。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。因此超級儲能電容器因?yàn)闊o污染易于充放電在采集器中被用作儲能單元。 圖 31 Boost變換器的仿真 電路 Vin Vo1 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 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 U M R R2 等組成， C1 是一個超級儲能電容器，它作為主要的儲能元件。由圖 32可以知道 Boost變換器實(shí)現(xiàn)了升壓的功能。所以應(yīng)該在對以上設(shè)計(jì)仿真的 Boost變換電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自供電電路。 I/A T/ms 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 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(jì)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。 對仿真電路波形的分析 由圖 37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(lán)色代表電壓 Vo的波形，紅色代表 Vo1的波形 。 (a) R1=22K (b) R1=15K (c) R2=46K 圖 317 (a)(b)(c)電阻 R1 不同時(shí)電壓 Vo 的波形 由圖 317得在 一定時(shí)間內(nèi) 電阻 R1不同時(shí)電壓 Vo 會發(fā)生變化，而且在電阻 R1=46KT/ms T/ms T/ns U/V U/V U/V 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 時(shí)電壓 Vo 幾乎是不變的 ,而且在仿真中當(dāng) R1=10K 時(shí) Vo 也是幾乎不變的。文中通過介紹超級電容器的發(fā)展應(yīng)用及原理 、電荷泵的基 本原理 和 Boost 變換電路的原理， 來搭建儲能電路模型 并進(jìn)行仿真，仿真過程中主要應(yīng)用了 LTSPICE 軟件。 Journal of Power ElectronicsIEEE Transaction s on Industrial Electronics 在 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 期間， 曹老師 耐心 聽取工作 進(jìn)展 ，并適時(shí)提出 非常 寶貴 的 意見對我進(jìn)行 諄諄 的教誨，從前期報(bào)告 一直 到畢業(yè)論文曹老師對我 提出的問題 進(jìn)行了指導(dǎo)使我 順利完成了 本論文的一切 工作。Supercapacitor/battery hybrid powered electric bicycle via a smart boost converter 最終在仿真電路的基礎(chǔ)上對儲能電路進(jìn)行了分析， 經(jīng)過 對電路 的暫態(tài) 分析可以得出以下結(jié)論： (1)在 R2 不變R1 變化時(shí)，隨著 R1的最大，電壓 Vo1 增大； (2)在 R1不變 R2變化時(shí)，隨著 R2 的增大， Vo1 減?。?(3)在 R2 一定而 R1在一定范圍變化時(shí)，隨 R1 的增大，電壓 Vo 變小。 以上重點(diǎn)討論了 在暫態(tài)情況下 電阻 R1與 R2 對仿真電路中電壓的影響，由以上分析知道電阻 R1 與 R2 的變化對電路有很大的影響。 T/ms U/V 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 圖 39 電壓 Vo、 V 和 Vo1 的波形 在圖 310 中描述的是流過電感 L1的電流變化的波形， 從圖中可以看出流過電感L1 的電流是脈動的，在充電過程開始時(shí)隨著時(shí)間的增長電流的變化很大，在充電過程結(jié)束時(shí)電流的變化幾乎不變，但是電流仍然有脈動。在啟動時(shí) C3 由 R3和 C3 構(gòu)成 的無源網(wǎng)絡(luò)充電到閾值電壓，這個閾值電壓是電子器件的最小工作電壓。 經(jīng)過分析與研究用 Multisim軟件對鋸齒波電路進(jìn)行了仿真，圖 36就是鋸齒波的產(chǎn)生電路 。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的比較與仿真得出，在仿真時(shí)間為 300ms過程中，在R1=， R2= Vo1=；當(dāng) R1=， R2=20K時(shí)輸出電壓Vo1=；當(dāng) R1=， R2=22K時(shí)輸出電壓 Vo1=；當(dāng) R1=， R2=30K時(shí)輸出的電壓 Vo1=；當(dāng) R1=,R2=46K時(shí)輸出電壓 Vo1=；圖 33和圖 34的波形是分別是在 R1=， R2=20K和 R2=46K的情況下得到的。在每個充電