【正文】 過程的開始，超級電容器端的電壓 Vo1 在它允許的最大工作電壓以下，Vo1 在每個充電過程結(jié)束時增加到最大穩(wěn)態(tài)電壓。在電磁儲存系統(tǒng)中因為它具有 功率密度大、循環(huán)壽命長、充放電效率高，無污染的特點，因此超級電容器是個新興和有前途的能量儲存器件。 圖 27 Boost變換器電流連續(xù)下的波形 Boost變換電路在電流臨界連續(xù)時的波 形如下圖 28所示，從圖中可以知道此時流過二極管 VD的電流平均值可表示為： ? ? ? ?L TUiI oLVD 21121 ??? ????? () 所以我們可以得知當電感電流連續(xù)時必須滿足 VDo II ? ，此式也是電感電流 連 臨界條件。 在圖 27中 Li 表示電路中輸入的電流， iI 表示電流的平均值， iI 表示為iI = LI =? ? 2/m inm ax LL II ? ，由圖可 以看出 VT和 VD是輪流工作的。 而在圖 26(b)中當 VT的關(guān)斷時間結(jié)束后， VT就會處于導(dǎo)通狀態(tài)，進而重復(fù)以上過程。因為這種電路在 沒有電感時也可以實現(xiàn)一定的升壓，所以克服了由電感帶來的電磁干擾問題，而且這種設(shè)計比較的簡單，成本也低 。 （ 2）因為它的輸入電流峰值很大，所以有噪聲。 圖 24 電荷泵電壓反轉(zhuǎn)變換器的基本工作原理 開關(guān) S1和 S2是由由 振蕩器輸出的脈沖直接控制的，振蕩器輸出的脈沖經(jīng)過反相器后來控制模擬開關(guān) S3和 S4。 INccc UUUU ??? ?? 111 () S1和 S2在第二 個階段中處于打開狀態(tài)，而 S3和 S4閉合，而此時的輸出電壓變?yōu)榱溯斎腚妷旱?2倍，這是因為電容兩端的電壓不能立刻突變造成的。 越來越多的公司和研究機構(gòu)開始對電荷泵進行研究。美國 一所著名 大學(xué)研制 出以低頻振動為能量來源的 微型振動發(fā)電機， 這種發(fā)電機優(yōu)點 是它的靜電換能部分 是 基于硅的 MEMS工藝加工制造 的 ， 而且能 良好地與硅基微電子技術(shù)兼容 。因為這個電壓數(shù)值很小，所以我們必須利用一些方法使這個電壓增大到一定數(shù)值，從而可以被使用。 圖 21 振動發(fā)電機能量采集電路設(shè)計總體思路 由圖 21 可知，本課題總體上是由四部分構(gòu)成的即微型振動發(fā)電 機提供電能，由于發(fā)電機提供的是交流電所以必須經(jīng)過整流，即 AC/DC,經(jīng)過整流的直流電還要經(jīng)過斬波，即直流變直流，然后提供給負載或是給超級電容器充電。 因此 對超級電容器 的 研究 引起很多科研 機構(gòu) 重視，使得超級電容器在很多方面 迅速 被應(yīng)用。這種技術(shù)的好處在于它使得開關(guān)器件的開關(guān)速度在不高的條件下 DC/DC的轉(zhuǎn)換效率得到了提高。這就需要我們對 DC/DC變換器的性能，例如輸入 /輸出電壓、紋波電壓、輸出功率有更高的要求。 20xx 年北京奧運會和殘奧會期間應(yīng)用超級電容 器，將 “當當車”重新投入使用，它吸引了世界眾多游客 ，令游客嘆為觀止。 日本是在超級電容器的產(chǎn)業(yè)化進程中起步最早的國家，而 日本 NEC 公司在 1983 年第一個將超級電容器推向 了 市場。在仿真基礎(chǔ)上 分析比較 在 電阻等參數(shù)值 不同情 況下 所設(shè)計 仿真 電路的 電壓 、電流 等性能 ， 并且 并為以后的研究奠定了基礎(chǔ) 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究 提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別 字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。 Storage energy 。 超級儲能電容器的國內(nèi)發(fā)展情況 我國超級電容器的研究比較晚， 20世紀 80年代我國開始對超級電容器 展開 研究，法拉級別的超級電容器 首先是由 中國電子科技集團第四十九研究所研制出 ， 主要 用于電力電子電路 ，這 為以后對超級電容器的研究奠定了基礎(chǔ)。 下表 11 為國內(nèi)外超級電容器基本參數(shù)的對比，超級電容器性能的主要參數(shù)是 電容量、額定工作電壓、漏電流、等效串聯(lián)阻抗，其中 ESR(equivalent series resistance)表示等效串聯(lián)阻抗。 20世紀八十年代末，為了縮小 DC/DC變換器的體積，研究人員提高了開關(guān)器件的工作頻率，但這也使其轉(zhuǎn)換效率隨之降低、增大了電磁干擾、增加了發(fā)熱。 本課題研究的意義和內(nèi)容 隨著社會的發(fā)展，人類的進步，尤其進入 21 世紀，環(huán)境污染日益嚴重，環(huán)境問題和能 源問題越來越成為各國關(guān)注的焦點。由于性 能的穩(wěn)定、價格的低廉、易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并且超級電容器制備材料和制造工藝的不斷進步， 眾多 企業(yè) 對超級電容器 的 研究 ，這 些都 促 使 了超級電容器在 很多行業(yè) 的 大量 應(yīng)用。近些年來由于微能源具有很多優(yōu)點例如體積小、質(zhì)量輕，所以成為當代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的迫切需要。 在 20 世紀末隨著 關(guān)于電磁式振動發(fā)電機 第一篇的 發(fā)表，各國 便紛紛投入 對電磁式振動發(fā)動機的研究。這種發(fā)電機有很多的特點例如不需要外加電源，結(jié)構(gòu)緊湊，與 NEMS 兼容等。在實際生活中我們通常會用電容來存儲電能或者電荷，并且電容會按一定的時間和速度發(fā)電。由圖 23(a)可知在倍壓電路的第一個階段中，電路會給電容 C1充電， C1充電電流的初始值是由 C1兩端電壓的初始值、開關(guān)電阻等決定的。當四個開關(guān) S S S3和 S4在振蕩器的控制下 以較高的頻率開斷和閉合時，輸出的電壓為負值。 電荷泵電路的 應(yīng)用 意義和價值 在現(xiàn)代人類的日常生活中 ，人們越來越追求便捷化，因此便攜式的產(chǎn)品受到人們的親睞，這種發(fā)展趨勢對電源又有了新的要求。并且當前世界很多國家進一步展開了對電荷泵電路的研究，力求減小電荷泵的噪聲、降低功率損耗、增加輸出功率。 在這個階段中因為輸入電壓加在了 L上，所以電感電流會線性增加。因為在一個周期中電容存在兩個過程，即充電和放電過程，所以電容 C的電流平均值為 0。一般來說，小型能源收獲產(chǎn)品商業(yè)化的問題是它的成本、便于使用和污染。 獨立的超級電容器自儲能充電電路包括一個自啟動、自供電電路和一個前饋控制的 boost 變換器。 Vs 是 V1 所產(chǎn)生的鋸齒波的最大值， ? ?TRLK ?? 32 ，流過超級電容器 C1 的最大脈動電流 為 ： ? ? 1 211 R RRDDVsLTT o nLV inIp ????????? （ ） 因此最大的脈沖電流發(fā)生在 D=，最大脈沖電流 為： 1 a x R RRVsLTIp ????? （ ） 通過以上公式得，對于給定的 R1 和 R2，最大的輸出電壓是在 ?D ，同 時最大的脈沖電流是在 D=。 在R1=， R2= Ip=；當 R1=， R2=20K時最大脈沖電流Ip=；當 R1=， R2=22K時最大脈沖電流 Ip=；當 R1=， R2=30K時最大脈沖電流 Ip=； R1=， R2=46K時 Ip=,經(jīng)過多次實驗可以知道當 R1不變時，隨著 R2的增大流過電容器 C1的最大脈沖電流是增大的。 此鋸齒波產(chǎn)生電路重點應(yīng)用到了晶振片，晶振是利用 一種晶體，并且這種晶體可以使 電能與機械能 相互轉(zhuǎn)化，進而在共振的情 況下工作。電壓 Vo 表示如下： ? ? ee tt VoCC CVCVotVo ?? ?? ???????? ??? ???? )0(123 2)0(3)0( （ ） V 表示為： ? ? ee tt VCC CVCVotV ?? ?? ???????? ??? ???? )0(123 2)0(3)0( （ ） 以上式子中 Vo(0)是 Vo在每個周期開始時的起始電壓，同理 V(0)是 V 在每個周期開始時的起始電壓。 T/ms T/ms U/V I/A 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 311 R1= 時的電壓 Vo1 波形 圖 312 R1=22K 時的電壓 Vo1 波形 圖 313 R1=46K 時 的電壓 Vo1 波形 當 R1 不變， R2變化時，即 R1=46K， R2 分別為 5K、 20K 和 50K 時 ，由圖 31315 和 316 的 Vo1 波形 在暫態(tài)情況下 可以看出隨著電阻的增大，電壓 Vo1 反而減小，T/s T/s T/s 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)計說明書 22 因此電壓 Vo1 的數(shù)值受電阻 R2的影響。而且溫度會造成電壓與電流的變化。 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 26 參 考 文 獻 1 張國駒 ， 唐西勝 ， 周龍 ，齊智平 ． 基于互補 PWM 控制的 Buck/Boost 雙向變換器在超級電容器儲能中的應(yīng)用 [J]． 中國電機工程學(xué)報 ， 20xx， 31(06)： 1521 2 劉建濤 ， 張建成 ． 一種超級電容器 — 蓄電池混合儲能系統(tǒng)控制方法 [J]． 力學(xué)與工程， 20xx， 27(01):14 3 楊惠 ， 孫向東 ， 鐘彥儒 ， 陶柳英 ， 張鵬程 ． 基于雙向 DCDC 變換器的超級電容器儲能系統(tǒng)研究 [J]． 西安理工大學(xué)學(xué)報 ， 20xx， 27(04):456460 4 丁德彬，楊依忠，張章，解光軍． 基于電荷泵的低壓啟動高效率 Boost DC/DC變換器設(shè)計 [J]． 電子器件， 20xx， 36(02):220225 5 陽峰 ． 基于雙管 BuckBoost 變換器的電容器充電電源研究 [D]． 華中科技大學(xué) ． 20xx 6 朱 遠樂 ． 基于超級電容的儲能系統(tǒng)研究 [D]． 西南交通大學(xué) ． 20xx 7 趙玉葉 ． 超級電容器直流儲能系統(tǒng)的分析和設(shè)計 [D]． 燕山大學(xué) ． 20xx 8 王云玲 ． 基于超級電容器儲能的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器研究 [D] 華中科技大學(xué) ． 20xx 9 蔡國營 ， 王亞軍 ， 謝晶 ， 黃曉賢 ， 陳忠 ， 陳金燦 ． 超級電容器儲能特性研究[J]． 電源世界， 20xx(01):3339 10 陳宇 ． 獨立光伏系統(tǒng)中超級電容器儲能研究 [J]． 電網(wǎng)與清潔能源， 20xx，27(08):7483 11 劉小軍，盧永周． 超級電容器綜述 [J]。 Fuel cell based traction drive with supercapacitor power boost control． International Conference on Electrical Systems for Aircraft， Railway and Ship Propulsion， ESARS 20xx 30 Camara， Mamadou Ba239。