【導(dǎo)讀】在充分考慮不同DC/DC變換器拓?fù)涮攸c(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文選用了。Buck-Boost作為系統(tǒng)的主電路拓?fù)洹＞?，?shí)現(xiàn)了控制理論中零極點(diǎn)補(bǔ)償法在電力電子中的應(yīng)用，。中進(jìn)行了原理圖和PCB圖的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的硬件電路上進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。數(shù)設(shè)計(jì)方法，指出了該方法的優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性。取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）。不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并。允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字

　　

【正文】 為 UC3845控制器提供啟動(dòng)電源電壓， 此設(shè)計(jì)中 UC3845 采用恒定頻率方式工作。電路啟動(dòng)后， 8 腳輸出一個(gè) + 的基準(zhǔn)參考電壓， 作用于定時(shí)元件 R C6 上， 在 4 腳產(chǎn)生 穩(wěn)定的振蕩波形， 振蕩頻率 = C6， 6 腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖激勵(lì)開關(guān)三極管 V1 在導(dǎo)通和截止之間工作。 UC3845對(duì)于輸入電壓的變化立即反映為來(lái)自 N2電感電流在取樣電阻 R3 上的電壓變化，不經(jīng)過(guò)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。這種傳統(tǒng)的電流反饋回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單具有容易布線、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是電路的缺點(diǎn)在于 反饋不能直接從輸出電壓取樣， 輸出電壓穩(wěn)壓精度不高，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時(shí)很難實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)壓； 同時(shí)沒(méi)有隔離，抗干擾能力也差，在負(fù)載變化大和輸出電壓變化大的情況下響應(yīng)慢，不適合精度要求 較高或負(fù)載變化范圍較寬的場(chǎng)合 ， 為了解決這些問(wèn)題， 本論文 采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器 TL431配合光耦 PC817 構(gòu)成一種新型精準(zhǔn)的反饋回路。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 電壓反饋電路 231U3R 2 5R 2 4C6R6R51243U2V o u t 圖 45 電壓反饋電路 輸出電壓 Vout 經(jīng) R2 R25 分壓使得 R24 的電壓為 。 U3 為 TL431 相當(dāng)于一個(gè)誤差放大器，不斷檢測(cè) R24 的電壓。當(dāng)其電壓超過(guò) 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。其中 U2采用線性光耦 PC817，電容 C6 用于補(bǔ)償， R6 為限流電阻。 電壓、電 流閉環(huán)電路 Q1R 2 2R 2 3R4C5R 1 9C2 C4C3R2R31122334488776655U11243U2V C C 圖 46 電壓 、電流反閉環(huán) 電路 整個(gè)電路采用電流電壓雙閉環(huán)控制。當(dāng)光耦中電流增大時(shí)，其電壓會(huì)減少，即輸入到 1 腳的電壓減少，從而使得 6 腳的 PWM 脈沖占空比也減少。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。這樣，輸出電壓便升高。 上圖中， R1 C2 與芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成振蕩電路，為芯片提供振蕩脈沖。 R23為電流采樣電阻。 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。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第 5 章 硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn) PROTEL 是 Altium 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件 ，在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它較早就在國(guó)內(nèi)開始使用，在國(guó)內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來(lái)學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使用 PROTEL。 早期的 PROTEL 主要作為印制板自動(dòng)布線 工具使用 ，運(yùn)行在 DOS 環(huán)境，對(duì)硬件的要求很低，在無(wú)硬盤 286 機(jī)的 1M 內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL 已發(fā)展到 DXP 2020，是個(gè)龐大的 EDA 軟件 ，完全安裝有 200 多 M，它工作在 WINDOWS95 環(huán)境下，是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、 模擬電路與數(shù)字電路 混合信號(hào)仿真、多層 印制電路板 設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、 可編程邏輯器件 設(shè)計(jì)、圖表生成、 電子表格 生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server（客戶 /服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的 文件格式 ，如 ORCAD， PSPICE， EXCEL 等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度 PCB 的 100%布通率。 Protel99 SE 共分 5 個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、 PCB 設(shè)計(jì)（包含 信號(hào)完整性分析 ）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、 PLD 設(shè)計(jì)。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(guó)際化設(shè)計(jì)要求（包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出， GB4728 國(guó)標(biāo)庫(kù)）； * 方便易用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒?SPICE 3f5）； ◆ 支持用 CUPL 語(yǔ)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。 主電路硬件電路設(shè)計(jì) 圖 51 主電路硬件電路 主電路硬件設(shè)計(jì)如圖 51 所示， 10V 直流電輸入進(jìn)來(lái)后，經(jīng)過(guò)熔斷器和壓敏電阻保護(hù)，送給 buckboost 拓?fù)?。其中?2R 是采樣電阻，目的是采集 mos 管電流，形成電流閉環(huán)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 控制電路設(shè)計(jì) 圖 52 控制電路硬件電路 控制電路如圖 52 所示，輸出電壓經(jīng)過(guò) PC817 光耦隔離后，送入 UC3845 的 1腳，形成電壓閉環(huán)。 Mos 管電流經(jīng)采樣電阻后送給 UC3845 的 3 腳，形成電流閉環(huán)。這樣，由 UC3845 就形成了 buckboost 電路的電壓、電流雙閉環(huán)控制。 UC3845 輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng) 6 腳輸出驅(qū)動(dòng) mos 管。 PCB 印制板圖 圖 53 PCB 印制電路板圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 加 工所需的 PCB 印制板圖如圖所示， PCB 為一個(gè)雙面板，考慮到電磁干擾和回路阻抗的影響，將電源線和地線進(jìn)行了加粗，并且所有走線不走直角，盡量減少過(guò)孔的數(shù)目。 Buckboost 電路實(shí)驗(yàn)測(cè)試 將 PCB 印制板圖加工、焊接完成后，進(jìn)行了器件焊接。在此基礎(chǔ)上，采集了輸出電壓波形并進(jìn)行了分析。 圖 54 開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 圖 54 為開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其開通信號(hào)幅值 +15V，關(guān)斷信號(hào)幅值 7V，能保證開關(guān)管的可靠導(dǎo)通和關(guān)斷。 圖 55 MOS 管 電壓 ceV 的 波形 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 55 為開關(guān)管的 ceV 電壓 波形 ，可以看出，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下，開關(guān)管可靠的工作在飽和和關(guān)斷區(qū)。 圖 56 空載時(shí)輸出電壓測(cè)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。 計(jì)算紋波電壓： 紋波電壓峰峰值 ==2V，有效值為 21 ? 紋波系數(shù) = %% ?? 10%，符合設(shè)計(jì)電路的紋波電壓要 求。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 54 帶額定負(fù)載時(shí)輸出電壓 測(cè)試波形 圖 54 為帶額定負(fù)載后輸出電壓波形，其最大值為 ，最小值 ，基本符合輸出電壓 15V 的設(shè)計(jì)要求 計(jì)算紋波電壓： 峰峰值： = ； 有效值為 ?。 紋波系數(shù)： % ? 10%，符合設(shè)計(jì)要求 . 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，設(shè)計(jì)的 Buckboost 變換電路無(wú)論是在輸出電壓幅值還是紋波電壓系數(shù)方面均符合設(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(chǎng)合發(fā)揮著重大作用。 本文在對(duì) Buckboost 系統(tǒng)進(jìn)行理論研究、 電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上得出的主要成果和結(jié)論如下： 1．分析了 DCDC 電路的應(yīng)用場(chǎng)合及研究現(xiàn)狀， 重點(diǎn)介紹了有關(guān) Buckboos 的相關(guān)情況， 對(duì)現(xiàn)有 DCDC 變換電路 研究重點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展反向做了很好的綜述。 2. 研究了 Buckboost 電路 的基本工作原理。重點(diǎn)分析了電感電流聯(lián)系和不連續(xù)情況下電路的基本關(guān)系和特性。 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。 4. 構(gòu)建了 主電路和控制電路的硬件設(shè)計(jì)，完成了原理圖和 PCB 印制電路板圖的設(shè)計(jì)，并在加工完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的 Buckboost電路輸出電壓穩(wěn)定，電壓紋波小，符合設(shè)計(jì)要求。 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(guó)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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