【正文】 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。其優(yōu)點(diǎn)在于：高的飽和磁通密度（ 左右）提供了更高的能量存儲(chǔ)能力和更小的電感體積；高飽和磁通密度能夠避免在大的電流尖峰可能出現(xiàn)的瞬間或者啟動(dòng)時(shí)磁芯飽和；更重要的是，能減少氣隙長度和相關(guān)的氣隙損耗；在高溫工作時(shí)具有更高的性能穩(wěn)定性。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。min LI設(shè)電感中允許的最大電流為 , 則電感值可用下式求?。篴xLI??oiLoni VfItV??maxax由額定輸出電流 ,按照輸出紋波電流為輸出電流的10%計(jì)算，?則 并且限定開關(guān)頻率 ，%?? kHZf20?????mVfIoiL ???電感體積可以通過體積系數(shù) 來表示。 電感計(jì)算 oftnLI?LI LImaxmin 電感電流在 期間, IGBT導(dǎo)通, 截止, 儲(chǔ)能；在 期間, IGBT 截止, 電感向負(fù)載ont 1VD1Loft及電容釋放能量。oVD根據(jù)公式 ，當(dāng)電源進(jìn)人穩(wěn)態(tài)，且 導(dǎo)通期間， 電感 中的電流以dtilL?1V1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的速率上升， 時(shí)刻 中的電流增量為：1LVi ont1L （223 ）??onitLVI???在 截止期間, 上的電流以 的速率線性下降 , 到 時(shí)刻 中的電流減量111o oft1L為： （224 ）??ofLtVI???一個(gè)周期中電流的增量應(yīng)等于電流的減量即有（225）式 （225 ）LLLIII??由（223 ） （ 225）式可得式（226 ） (226)DVtTionio??1式中 為占空比，從（226）式中可見，改變占空比可以改變電源的TtDon?輸出電壓，當(dāng)時(shí)， ；?io時(shí)， ；?DiV時(shí)， ；.?io因此，從該電路可以得到變化范圍較大的輸出電壓。當(dāng) 導(dǎo)通時(shí), 電感 儲(chǔ)能, 上的電壓上正下負(fù) , 約等于輸人電Tf?111壓 。IGBT以幾十到幾1V1VD1L)(1C百kHZ 的頻率工作。那么由公式 和 ，可以得到：????Lfi （219）yinoDV?若不計(jì)損耗，則有：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 (220)yinoDI??變換器輸出電流 可表示為：oI (221)osfyinyLfo VI221max?開關(guān)管 Q 和二極管 D 的電流最大值為： (222)sfosfosfyinrmsQrs LPIVI??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 確定。fCf oV?f （217）oLfdti?當(dāng) 時(shí)， 下降到 0， 的增減小量 為：disTt?Lf fi????Lfi （218）?? syfondisfoLff TDVTVIi???max式中 sondiyTD?（3）開關(guān)模態(tài) 3[ ， ]dis在此期間，Q 和 D 均截止， 為零，負(fù)載由輸出濾波電容供電。在 Q 導(dǎo)通期間， 的增長量 為：onTt?LfimaxLfi Lfi????Lfi （216）??syfinofinf TDV???（2）開關(guān)模態(tài) 2[ ， ]ondisT在 時(shí)，Q 關(guān)斷， 通過二極管 D 續(xù)流，電感 的儲(chǔ)能向負(fù)載和電容onTt?Lfi fL轉(zhuǎn)移。那么由公式（22）和（24） ，可以得到：????Lfi （25）yinoDV??1若不計(jì)損耗，則有： (26)yinoI開關(guān)管 Q 截止時(shí)，加在其上的電壓 為：QV （27）yoinoinQD????1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 開關(guān)管 Q 導(dǎo)通時(shí)，加在二極管 D 上的電壓 為：DV （28）yoinoinV????1電感電流的平均值 為：Lfi （29）yoyinLf DII1流過開關(guān)管 Q 的平均電流是輸入電流 ，有效值為：in （210）??????????20231LfyLfTQsrms IiIdtiI流過二極管 D 的平均電流是輸出電流 ，有效值為：o (211)????????????202311LfyLfTDsrms IiIdtiI流過電感 的平均電流 有效值為：fLLfI (212)202311LfLfTfsrms IiIdti?????開關(guān)管 Q 和二極管 D 的電流最大值為： (213)??ysfoyoLrmsrsQrms DVIII ??121輸出電壓紋波 為：oV? (214)osfyoIC? 電感電流斷續(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 全部加到電感 L 上，電感電流 線性inVLfi增長，二極管 D 截止，負(fù)載由濾波電容 C 供電。fCfLoV?fL （23）ofdti?當(dāng) 時(shí)， 達(dá)到最小值 。在 Q 導(dǎo)通期間， 的增長量 為：onTt?Lfimaxfi Lfi????Lfi （22）??syfinofinLf TDV??（2）開關(guān)模態(tài) 2[ ， ]onsT在 時(shí)，Q 關(guān)斷， 通過二極管 D 續(xù)流，電感 的儲(chǔ)能向負(fù)載和電容onTt?Lfi fL本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 轉(zhuǎn)移。inVQDfLfCR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 全部加到電感 L 上，電感電流 線性inVLfi增長，二極管 D 截止，負(fù)載由濾波電容 C 供電。主電路的元件由開關(guān)管、二極管、電感、電容等構(gòu)成，輸出電壓的極性與輸入電壓相反。 最 后 ， 對(duì) 設(shè) 計(jì) 的 硬 件 電 路 進(jìn) 行 測(cè) 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 。1992 年 Czarkowski D 等 提 出 了 能 量 守 恒 平 均 法 ， 在 建 模 過 程 中 考 慮 器 件 的 開通 電 阻 和 二 極 管 的 正 向 導(dǎo) 通 電 壓 ， 功 率 開 關(guān) 等 效 為 理 想 開 關(guān) 與 開 通 電 阻 的 串 聯(lián) ，二 極 管 為 理 想 開 關(guān) 與 導(dǎo) 通 電 阻 以 及 正 向 導(dǎo) 通 電 壓 的 串 聯(lián) ， 理 想 開 關(guān) 用 受 控 電 壓源 來 替 代 ， 根 據(jù) 能 量 守 恒 原 理 將 所 有 的 導(dǎo) 通 電 阻 折 算 為 電 感 的 損 耗 電 阻 ， 得 到開 關(guān) 變 換 器 的 等 效 電 路 模 型 。 1987 年 美 國 弗 吉 尼 亞 功 率 電 子 中 心 的 Vorperian 出 了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 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 們適 當(dāng) 地 嵌 入 到 要 討 論 的 變 換 器 中 ， 變 成 平 均 值 等 效 電 路 。 電 路 平 均 法 是 從 電 路 結(jié) 構(gòu) 出 發(fā) ， 利用 時(shí) 間 平 均 技 術(shù) 進(jìn) 行 電 路 分 析 ， 但 當(dāng) 電 路 元 件 增 多 ， 要 得 出 平 均 后 的 拓 撲 結(jié) 構(gòu)需 要 很 大 的 運(yùn) 算 量 。 其 實(shí) 質(zhì) 是 ： 根 據(jù) 由 線 性RLC 元 件 、 獨(dú) 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 為一 個(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 。 平 均 法 一 直 是 DCDC 開 關(guān) 變 換 器 建 模 理 論 中 最 為 重 要 的 建 模方 法 ， 其 中 最 具 有 代 表 性 的 是 狀 態(tài) 空 間 平 均 法 和 電 路 平 均 法 ， 前 者 是 指 對(duì)PWM DCDC 開 關(guān) 變 換 器 的 狀 態(tài) 變 量 進(jìn) 行 平 均 和 線 性 化 處 理 ， 得 到 解 析 結(jié) 果 的通 用 分 析 方 法 ； 后 者 指 與 電 路 拓 撲 及 器 件 模 型 聯(lián) 系 緊 密 的 等 效 電 路 分 析 法 ， 便于 使 用 通 用 電 路 分 析 程 序 仿 真 和 進(jìn) 一 步 分 析 研 究 。 連續(xù) 解 析 法 的 本 質(zhì) 是 平 均 ， 故 連 續(xù) 解 析 法 又 稱 為 平 均 法 。 離 散 解 析 法 是 以 某 一 變 量在 一 個(gè) 周 期 中 的 若 干 個(gè) 特 定 的 離 散 點(diǎn) 上 的 值 為 求 解 對(duì) 象 來 建 立 其 差 分 方 程 ， 求解 這 個(gè) 差 分 方 程 或 者 通 過 Z 變 換 得 到 變 量 的 解 析 式 。解 析 法 是 指 用 解 析 表 達(dá) 式 來 描 述 DCDC 開 關(guān) 變 換 器 特 性 的 建 模 方 法 ， 著眼 于 工 作 機(jī) 理 的 分 析 ， 滿 足 一 定 的 精 度 要 求 下 要 簡(jiǎn) 單 通 用 ， 能 為 設(shè) 計(jì) 提 供 較 明了 的 依 據(jù) 。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 直 接 數(shù) 值 法 是 指 直 接 利 用 現(xiàn) 有 的 通 用 電 路 分 析 軟 件 （ 如SPICE， PSPICE， SABER 等 ） 對(duì) DCDC 開 關(guān) 變 換 器 進(jìn) 行 數(shù) 值 計(jì) 算 得 到 其 解 的方 法 ， 采 用 這 種 方 法 不 必 重 新 建 立 電 路 模 型 ， 只 需 對(duì) 局 部 電 路 建 立 仿 真 模 型 或等 效 子 電 路 即 可 。數(shù) 值 法 是 根 據(jù) 一 定 的 算 法 進(jìn) 行 計(jì) 算 機(jī) 運(yùn) 算 處 理 而 獲 得 DCDC 開 關(guān) 變 換 器特 性 的 數(shù) 值 解 ， 故 很 難 提 供 電 路 工 作 機(jī) 理 的 信 息 ， 所 得 到 的 結(jié) 果 物 理 意 義 不 甚明 確 。DCDC 開 關(guān) 變 換 器 的 建 模 和 分 析 時(shí) 研 究 DCDC 開 關(guān) 變 換 器 的 拓 撲 結(jié) 構(gòu) 和控 制 方 法 的 基 礎(chǔ) 。文 獻(xiàn) 9 討 論 了 實(shí) 現(xiàn) 全 數(shù) 字 控 制 BoostBuck DC/ DC 變 換 器 的 主 電 路 拓 撲結(jié) 構(gòu) 、 控 制 電 路 原 理 、 軟 件 控 制 方 案 。文 獻(xiàn) 5 根 據(jù) 電 感 電 流 最 小 值 與 輸 出 電 流 的 比 較 ,將 BuckBoost 變 換 器 的 能量 傳 輸 模 式 (ETM)分 為 完 全 電 感 供 能 模 式 (CISM)和 不 完 全 電 感 供 能 模 式 (IISM),得出 了 CISM 和 IISM 的 臨 界 條 件 和 臨 界 電 感 .將 電 感 電 流 最 小 值 與 零 和 輸 出 電 流進(jìn) 行 比 較 ,得 出 BuckBoost 變 換 器 存 在 三 種 工 作 模 式 ,即 CISM、 不 完 全 電 感 供能 且 連 續(xù) 導(dǎo) 電 模 式 (IISMCCM)和 不 完 全 電 感 供 能 且 不 連 續(xù) 導(dǎo) 電 模 式 (IISMDCM).推 導(dǎo) 出 了 變 換 器 工 作 于 三 種 模 式 時(shí) 的 輸 出 紋 波 電 壓 表 示 式 ,指 出 對(duì) 于 給定 負(fù) 載 、 電 容 和 開 關(guān) 頻 率 的 BuckBoost 變 換 器 ,CISM 的 輸 出 紋 波 電 壓 最 小 且與 電 感 無 關(guān) ,而 IISMCCM