【正文】 突變 , 1L 中的感應電勢極性為上負下正 , 當電感 1L 上的電壓超過輸出電壓 oV 時 , 1VD 導通向電容充電同時向負載提供能量。 本科畢業(yè)設計（論文） 12 第 3 章 主電路參數設計 電路設計要求：輸入直流電壓 10V，輸出直流電壓 15V，輸出功率 5w，輸出紋波電壓小于輸出電壓的 10%。流經電感的電流波形如圖 2所示電感電流中的紋波電流 LI? 如式所示 : m inm a x LLL III ??? 在電流連續(xù)的情況下 ,當 minLI 的值等于零時 , 電感電流的紋波 LI? 值最大。交替工作方式下電感電流紋波很大，電感器的磁芯處于雙向磁化狀態(tài)，磁滯回線交替 變化，磁芯損耗較大；在高頻本科畢業(yè)設計（論文） 13 時，因磁滯損耗更大，應選用磁滯回線窄并且電阻率大的磁芯?？紤]到工作頻率在 20kHz，電感工作于小功率場合，選擇磁芯材料為納米晶合金。 圖 32 納米晶電感 圖 33 UU 型磁芯的示意圖 目前的磁芯形狀中 EE、 EC、 ETD、 LP 磁芯都是 E 型磁芯，有較大的窗口面積，窗口寬而且高度低，漏磁及線圈層數少，高頻交流電阻小。 UI 型和 UU 型主要用在高壓和大功率的水平，很少用在 1kW 以下。但磁路長度大，比EE 型有更大的漏感，選定 UU 型磁芯。 HC128 的相關數據如表 31 所示 表 31 HC128 的相關數據 磁芯尺寸 (mm) 有效截面積 (mm2) 有效磁路長 度 (mm) 體積(cm3) 鐵芯質量 (g) A B C D 84 35 22 25 440 134 1300 輸出濾波電容計算 在實際設計變換器時 , 輸出紋波電壓是主要考慮的指標之一 . 為得到期望的輸出紋波電壓要求 , 在其他參數確定的情況下 , 關鍵要選擇合適的電感和電容 .電感電流連續(xù)時 , Buck Boost 變換器的輸出電壓紋波與電感無關。 主功率管選擇 金屬 氧 化 層 半 導 體 場 效 晶 體 管 ， 簡 稱 金 氧 半 場 效 晶 體 管（ MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管（ fieldeffect transistor）。 典型平面 N 溝道增強型 MOSFET 是 用一塊 P 型 硅 半導體材料 作 襯底 ，在其面上擴散了兩個 N 型區(qū)，再在上面覆蓋一層 二氧化硅 (SiO)絕緣層，最后在 N 區(qū)上方用腐蝕的方 法做成兩個孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩個孔內做成三個電本科畢業(yè)設計（論文） 15 極： G(柵極 )、 S(源極 )及 D(漏極 )。一般情況下，襯底與源極在內部連接在一起。 要使增強型 N 溝道 MOSFET 工作，要在 G、 S 之間加正 電壓 VGS 及在 D、 S之間加正電壓 VDS，則產生正向工作電流 ID。如。如果在柵極 G 與源極 S 之間加一電壓 VGS。當加上 VGS 時，在絕緣層和柵極界面上感應出正電荷，而在絕緣層和 P 型襯底界面上感應出 負電荷 (如圖 3)。當 VGS 電壓太低時，感應出來的負電荷較少，它將被 P型襯底中的空穴中和，因此在這種情況時，漏源之間仍然無電流 ID。當 VGS 繼續(xù)增大，負電荷增加，導電溝道擴大，電阻降低， ID也隨之增加，并且呈較好線性關系，如圖 4 所示。因此在一定范圍內可以認為，改變 VGS 來控制漏源之間的電阻，達到控制 ID 的作 用。另一類 MOSFET，在VGS=0 時也有一定的 ID(稱為 IDSS)，這種 MOSFET 稱為耗盡型。 VP 為 ID=0 時的 VGS，稱為夾 斷電壓。最終選擇型號為IRF510A，其耐壓值 100V，電流 ， TO220 封裝。許多的使用是應用其整流的功能。 大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為 “整流 （ Rectifying） ”功能。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。二極管使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。s Whisker Crystals） ”以及 真空管 (英國稱為“熱游離閥（ Thermionic Valves） ”)。 功率二極管 PN 結面積大，能過較大電流，但結電容也大，只能工作在較低頻率下，一般僅用作整流用。 按照電壓耐壓 30V，電流 以上規(guī)格選擇二極管。 輸入側熔斷器選擇 在 輸入側 發(fā)生過流或輸入短路后，輸入熔斷器自動熔斷，從而將 輸入電 源和DCDC 模塊斷開，保護 電路 。 壓敏電阻選擇 “壓敏電阻 在一定電流 電壓 范圍內電阻值隨電壓而變，或者是說 電阻值對電壓敏感 的阻器。 壓敏電阻器 的電阻體材料是 半導體 ，所以它是半導體電阻器的一個品種。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種 “Ⅱ Ⅵ本科畢業(yè)設計（論文） 17 族氧化物半導體 ”。 壓敏電阻是一種限壓型保護器件。壓敏電阻的主要參數有：壓敏電壓 、通流容量、結電容、響應時間等。壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千 Pf 的數量級范圍，很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中，應用在交流電路的保護中時，因為其結電容較大會增加漏電流，在設計防護電路時需要充分考慮。 在電路中 并 接一個功率型 PTC壓 敏電阻器 ,當電阻兩端電壓超過其臨界電壓時，其阻值很小，相當于短路， 能有效地抑制開機時的浪涌電 壓 對線 路的沖擊 ,并且在完成抑制浪涌電 壓 作用以后 ,電阻值將 上升 到非常 大 的程度 ,相當于開路， 它消耗的功率可以忽略不計 。 本科畢業(yè)設計（論文） 18 第 4 章 控制電路設計 電流型與電壓型 PWM 控制原理及性能比較 電壓型 PWM控制 P I P W M開 關 電 路反 饋 電 路eU oUgU??fU 圖 41 電壓型 PWM 控制框圖 電壓型 PWM 控制系統框圖如圖 41所示。這種結構屬于典型的單閉環(huán)系統 ,缺點是控制過程中主電路的電流沒有參入輸出控制。 電流型 PWM控制 P I P W M開 關 電 路電 壓 反 饋 電 路eU oUgU?? fU電 流 反 饋 電 路 圖 43 電 流 型 PWM 控制框圖 電流型 PWM正是針對電壓 PWM 型的缺點發(fā)展 起來的。內環(huán)為電流控制環(huán) ， 外環(huán)為電壓控制環(huán)。這種控制方式可改善系統的電壓調整率 ， 提高系統的瞬態(tài)響應速度 ， 增加系統的穩(wěn)定性。 本科畢業(yè)設計（論文） 19 電流型 PWM控制的優(yōu)點 a) 電壓調整率好。不像電壓控制要經過輸出電壓反饋到誤差放大器 ,然后再調節(jié)的復雜過程 ,所以響應快。 b) 負載調整率好。 c) 系統穩(wěn)定性好。而電流控制雙閉環(huán)系統是一個無條件的一階穩(wěn)定系統 ,系統穩(wěn)定性好。該集成電路的特點是： 具有振蕩器、溫度補償的參考、高增益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出，是驅動功率MOSFET 的理想器件。當電流取樣電壓超過門限電壓后 ,比較器輸出高電平觸發(fā) RS 觸發(fā)器 ,然后經或非門輸出低電平 ,關斷功率管 ,并保持這種狀態(tài)直至振蕩器輸出脈沖到觸發(fā)器和或非門為止。 PWM 信號的上升沿由振蕩器決定 ,下降沿由功率開關管電流和輸出電壓共同決定。 本科畢業(yè)設計（論文） 20 圖 44 UC3845 原理 圖 UC3845 常用典型電路 基于 UC3845的電流反饋電路典型結構 一般是 交流電壓經整流濾波后， 得到直流電壓，主要功率經串聯于高頻變壓器初級繞組 N1 ， 到大功率 MOSFET 開關管V1 集電極， 在 UC3845的控制下， 開關管 V1 周期性地導通和截止。電路啟動后， 8 腳輸出一個 + 的基準參考電壓， 作用于定時元件 R C6 上， 在 4 腳產生 穩(wěn)定的振蕩波形， 振蕩頻率 = C6， 6 腳輸出驅動脈沖激勵開關三極管 V1 在導通和截止之間工作。這種傳統的電流反饋回路結構簡單具有容易布線、成本低的優(yōu)點，但是電路的缺點在于 反饋不能直接從輸出電壓取樣， 輸出電壓穩(wěn)壓精度不高，當電源的負載變化較大時很難實現精確穩(wěn)壓； 同時沒有隔離，抗干擾能力也差，在負載變化大和輸出電壓變化大的情況下響應慢，不適合精度要求 較高或負載變化范圍較寬的場合 ， 為了解決這些問題， 本論文 采用可調式精密并聯穩(wěn)壓器 TL431配合光耦 PC817 構成一種新型精準的反饋回路。 U3 為 TL431 相當于一個誤差放大器，不斷檢測 R24 的電壓。其中 U2采用線性光耦 PC817，電容 C6 用于補償， R6 為限流電阻。當光耦中電流增大時，其電壓會減少，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，輸出電壓便升高。 R23為電流采樣電阻。 本科畢業(yè)設計（論文） 23 第 5 章 硬件電路設計及實驗 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，它當之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設計者的首選軟件，它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設了課程來學習它，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計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用 PROTEL。 Protel99 SE 共分 5 個模塊，分別是原理圖設計、 PCB 設計（包含 信號完整性分析 ）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、 PLD 設計。 主電路硬件電路設計 圖 51 主電路硬件電路 主電路硬件設計如圖 51 所示， 10V 直流電輸入進來后，經過熔斷器和壓敏電阻保護，送給 buckboost 拓撲。 本科畢業(yè)設計（論文） 25 控制電路設計 圖 52 控制電路硬件電路 控制電路如圖 52 所示，輸出電壓經過 PC817 光耦隔離后，送入 UC3845 的 1腳，形成電壓閉環(huán)。這樣，由 UC3845 就形成了 buckboost 電路的電壓、電流雙閉環(huán)控制。 PCB 印制板圖 圖 53 PCB 印制電路板圖 本科畢業(yè)設計（論文） 26 加 工所需的 PCB 印制板圖如圖所示， PCB 為一個雙面板，考慮到電磁干擾和回路阻抗的影響，將電源線和地線進行了加粗，并且所有走線不走直角，盡量減少過孔的數目。在此基礎上，采集了輸出電壓波形并進行了分析。 圖 55 MOS 管 電壓 ceV 的 波形 本科畢業(yè)設計（論文） 27 圖 55 為開關管的 ceV 電壓 波形 ，可以看出，在驅動信號的作用下，開關管可靠的工作在飽和和關斷區(qū)。 計算紋波電壓： 紋波電壓峰峰值 ==2V，有效值為 21 ? 紋波系數 = %% ?? 10%，符合設計電路的紋波電壓要 求。 紋波系數： % ? 10%，符合設計要求 . 由實驗結果可知，設計的 Buckboost 變換電路無論是在輸出電壓幅值還是紋波電壓系數方面均符合設計要求。 本文在對 Buckboost 系統進行理論研究、 電路設計 實驗驗證的基礎上得出的主要成果和結論如下： 1．分析了 DCDC 電路的應用場合及研究現狀， 重點介紹了有關 Buckboos 的相關情況， 對現有 DCDC 變換電路 研究重點和未來發(fā)展反向做了很好的綜述。重點分析了電感電流聯系和不連續(xù)情況下電路的基本關系和特性。 4. 構建了 主電路和控制電路的硬件設計，完成了原理圖和 PCB 印制電路板圖的設計，并在加工完成的基礎上進行了實驗測試，實驗結果表明所設計的 Buckboost電路輸出電壓穩(wěn)定，電壓紋波小，符合設計要求。 蔣