汽車尾氣廢熱發(fā)電電力調節(jié)器的研制——畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景及意義1</p><p>　　1.2

2、熱電應用發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 DC/DC變換器控制方法研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4本文主要研究內容4</p><p>　　2 系統(tǒng)建模與設計6</p><p>　　2.1 方案設計6</p><p>　　2.2 主電路選型與分析7</p><p>　　2.

3、2.1 主電路選型7</p><p>　　2.2.2 BUCK電路分析8</p><p>　　2.2.3保護電路設計11</p><p>　　3 控制系統(tǒng)設計13</p><p>　　3.1控制器設計13</p><p>　　3.1.1 顯示電路14</p><p>　　3.1.2

4、CAN及通信電路15</p><p>　　3.1.3 驅動電路設計15</p><p>　　3.1.4 傳感電路設計17</p><p>　　3.1.5 輔助電路設計20</p><p>　　4 相關參數(shù)計算21</p><p>　　4.1 主電路參數(shù)21</p><p>　　4.2

5、 保護電路參數(shù)24</p><p>　　4.3 PID參數(shù)24</p><p>　　4.3.1電壓模式PID 參數(shù)26</p><p>　　4.3.2電流模式PID 參數(shù)28</p><p><b>　　5 仿真分析29</b></p><p>　　5.1 BUCK電路仿真29<

6、/p><p>　　5.2 PID仿真30</p><p>　　5.2.1 電壓模式30</p><p>　　5.2.2 電流模式32</p><p>　　6 軟件設計及測試34</p><p>　　6.1軟件設計34</p><p>　　6.2軟件部分測試35</p>&l

7、t;p><b>　　7總結與展望40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　附錄一42</b></p><p><b>　　附錄二45</b></p><p><b>　　致謝49&

8、lt;/b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　熱電發(fā)電技術（又稱溫差發(fā)電技術）是利用熱電轉換材料直接將熱能轉換為電能的新能源技術，具有結構簡單、可靠性高、可高效利用熱能發(fā)電的特征。具有梯級能量特征的尾氣廢熱非常適合利用熱電發(fā)電技術回收利用。 </p><p>　　半導體溫差發(fā)電器是系統(tǒng)電能的源頭，由于汽車發(fā)動

9、機功率的變化，排氣管的溫度會發(fā)生變化，從而使得發(fā)電器發(fā)出的電壓發(fā)生變化，這種電能在某種意義上都是“粗電”。在大多數(shù)情況下，使用這些“粗電”都不能盡如人意，所以需要穩(wěn)壓穩(wěn)流裝置，使其具有穩(wěn)定的輸出功率，再通過車載鉛酸蓄電池蓄能，形成一套比較完整的發(fā)電及蓄電系統(tǒng)。</p><p>　　本文提出的是基于DSC的DC-DC變流器，設計中采用DSPIC30F6014A芯片作為系統(tǒng)的控制器，采用BUCK降壓斬波電路作為基本的

10、拓撲電路，并用霍爾電壓、電流傳感器采集電路相關參數(shù)，控制器進行A/D轉換后進行相關的數(shù)據(jù)處理和PID算法，輸出相應的PWM波控制BUCK電路，實現(xiàn)電壓和電流的連續(xù)可調。系統(tǒng)還可以通過CAN總線進行通信和控制，可以進行電流模式和電壓模式的雙模式切換以及系統(tǒng)的軟開關，同時系統(tǒng)還具有自我檢測和保護報警功能。</p><p>　　關鍵詞：汽車動力 熱能回收 DSC DC-DC 斬波 PID</p><

11、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Thermoelectric power generation technology (also known as thermoelectric power generation technology) to direct the heat into electricity new energy technologies

12、is the use of a thermoelectric conversion material, has a simple structure, high reliability, efficient use of the characteristics of thermal power generation. The exhaust waste heat cascade energy feature is ideal for t

13、hermoelectric power generation technology recycling.</p><p>　　Thermoelectric Power is the source of the electricity system, due to changes in automotive engine power, the exhaust pipe temperature will change

14、, allowing issued by the electric voltage change, electrical energy in a sense "coarse power". In most cases, the use of these "coarse power" are not satisfactory, so they need a steady flow regulator

15、 device, it has a stable output power, and then through the vehicle lead-acid battery energy storage to form a relatively complete set of power generation </p><p>　　In this paper, the DSC-based DC-DC convert

16、er design DSPIC30F6014A chip as the system controller, Buck buck chopper circuit as the basic circuit topology, and the Hall voltage, current sensors, data acquisition circuit parameters, controller A / D conversion, dat

17、a processing and PID algorithm, the output of the PWM wave control BUCK circuit voltage and current continuously adjustable. The system can also communicate via the CAN bus and control of the dual-mode switching of the c

18、urrent mode and vo</p><p>　　Keywords: vehicle power heat recovery DSC DC-DC chopper</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1研究背景及意義</p><p>　　截至2011年8月底，我國汽車保有量

19、已經(jīng)突破1億輛，汽車年消耗燃油超過2億噸，占全國燃油消耗總量的50%以上。在汽車消耗燃油所產(chǎn)生的能量中，約40%的能量以廢熱形式由尾氣排出。按2011年汽車保有量和汽車燃油消耗總量計算，約7000萬噸燃油產(chǎn)生的能量以尾氣廢熱形式排出，折合成原油約1.2億噸，相當于兩個半多大慶油田的年產(chǎn)量。汽車尾氣廢熱具有沿排氣管梯級分布的特征，在發(fā)動機及排氣歧管附近，最高溫度超過500℃，在一級消聲器之前的大部分區(qū)域溫度在250℃以上。</p&g

20、t;<p>　　熱電發(fā)電技術（又稱溫差發(fā)電技術）是利用熱電轉換材料直接將熱能轉換為電能的新能源技術，具有結構簡單、可靠性高、可高效利用熱能發(fā)電的特征。具有梯級能量特征的尾氣廢熱非常適合利用熱電發(fā)電技術回收利用。利用賽貝克熱電效應讓半導體熱電材料包裹在排氣管周圍，可將熱能轉換成電能加以有效地利用。汽車發(fā)動機排出的廢熱通過肋片形成發(fā)電器的熱端，而冷端則用順排管束式風冷散熱器，使冷端保持相對穩(wěn)定的溫度。以2.0L轎車為例，如果利

21、用轉換效率為10%左右的熱電發(fā)電材料，則可將尾氣廢熱能量的8~10%直接轉換為電能，可降低燃油消耗10%以上，減少CO2排放約1噸，這對實現(xiàn)我國節(jié)能減排戰(zhàn)略目標具有重大意義。</p><p>　　1.2熱電應用發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　自從塞貝克效應1821年被發(fā)現(xiàn)以來，溫差發(fā)電技術已經(jīng)歷了近兩個世紀的發(fā)展。但由于受熱電轉換效率低的制約和成本高的限制，溫差發(fā)電技術長期以來主要應用在航天

22、和軍事等尖端領域。近年來，隨著高性能熱電材料的出現(xiàn)，溫差發(fā)電技術在工業(yè)和民用產(chǎn)業(yè)領域的應用成為可能。世界上一些發(fā)達國家先后開展了相關研究，溫差發(fā)電技術在日本已被作為一種能源和環(huán)境的戰(zhàn)略技術而得到了大力支持和發(fā)展，其在熱電陶瓷材料方面處于世界領先地位。美國能源部(DOE)于2003年11月12日公布“工業(yè)廢熱溫差發(fā)電用先進熱電材料"資助項目(主要應用對象是利用冶金爐等工業(yè)高溫爐廢熱發(fā)電以降低能耗)后，于2004年3月又發(fā)布了一個

23、項目指南——開展汽車發(fā)動機余熱溫差發(fā)電研究。同年，美國的能源部和NAVY還組織了本國的十多個項級研究單位啟動一個大型高效納米熱電半導體材料的研究項目，投資達近千萬美元。同時還在Clemsom大學投資250萬美元成立了美國溫差電即熱電半導體材料與器件研究中心。日本也在2003年投資了數(shù)千萬日元組織十多家單位啟動了“廢熱溫差發(fā)電"大型項目。歐洲有20余個研究機構也聯(lián)合進行了汽車發(fā)動機余熱發(fā)電方面的相關研究，并在組織“納</p

24、><p>　　由于溫差發(fā)電是將余熱廢熱等低品位能源轉換為電能的有效方式，近年來得到世界許多國家的高度重視和大量投入，如日本利用這項技術建立了500W級的垃圾燃燒余熱發(fā)電示范系統(tǒng)，已取得了良好的實際效果。美國公司也已開發(fā)了多種熱電發(fā)電系統(tǒng)，且均已投入使用，如在大型貨運卡車上安裝1000W級的廢熱發(fā)電系統(tǒng)為汽車提供輔助電源等。車用發(fā)動機余熱溫差發(fā)電技術近幾年來發(fā)展很快，轉換規(guī)模可在數(shù)百瓦至幾千瓦之間。其中，日本Nissa

25、n汽車公司研究中心研制的一種排氣溫差發(fā)電器可以回收ll％的熱量，西班牙研制的排氣溫差發(fā)電器可以回收37％的熱量。美國Hi．Z公司在能源部資助下進行的柴油機載重車排氣余熱溫差發(fā)電研究在臺架和道路實驗中得到T2000．4000W的功率。俄羅斯聯(lián)邦科學中心物理與能源工程研究所進行的高寒區(qū)載重發(fā)動機直接發(fā)電的研究產(chǎn)生了600W的電能。</p><p>　　由于我國的能源十分短缺，能源的利用率也較低，因此，節(jié)能降耗是進行可

26、持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前，各種工業(yè)余熱、汽車廢熱等都沒有得到有效利用，迫切需要發(fā)展新型能源利用技術以節(jié)約能源和提高效率。溫差發(fā)電技術具有許多優(yōu)點，尤其在低品位熱能利用方面具有其獨特的優(yōu)勢和良好的應用前景。溫差發(fā)電技術是一種利用半導體材料實現(xiàn)熱能和電能直接轉換的綠色能源，使用這項技術就可利用農作物、垃圾、汽車余熱以至人體熱能在住宅、農莊、汽車上建立一個小型發(fā)電系統(tǒng)，從而滿足人們對小功率電能的需求。美國、日本利用這項技術開辟綠色新能源已取得

27、了良好效果，這為我國開發(fā)利用熱電技術提供了有益借鑒，對我們發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建設節(jié)約型社會具有重大意義。另外，由于中國的溫差電元件性價比高(我國的產(chǎn)品價格比歐美的同類型產(chǎn)品便宜一半以上，而性能卻基本相當)，中國目前已成為世界上最大的溫差電元件生產(chǎn)出口國。這一優(yōu)越條件為我國未來溫差電的廣泛應用打下了堅實的基礎。因此，在我國政府當前大力倡導可持續(xù)發(fā)展策略，號召建立節(jié)約型社會這一宏觀背景下，我國應大力發(fā)展該技術，使溫差發(fā)電技術的應用逐步深化發(fā)展，

28、并盡快產(chǎn)業(yè)化?？梢?，利用車用發(fā)動機余熱進行溫差發(fā)電具有</p><p>　　1.3 DC/DC變換器控制方法研究現(xiàn)狀</p><p>　　DC/DC變換器按照檢測信號的不同可以分為單環(huán)控制和雙環(huán)控制。恒壓源單環(huán)控制主要是電壓型控制；雙環(huán)控制則有電流型、V2型等幾種控制方式。雖然V2型控制方法（V Squared Control或V2 Control）具有良好的動態(tài)性能，適用于電壓調整模塊

29、等對動態(tài)特性要求比較高的場合，但其對輸入和輸出電流都沒有直接控制，所以不便于電源的并聯(lián)使用，需要額外的電路來進行過流保護[1]。所以常用的是電壓型控制和電流型控制。</p><p><b>　?。?）電壓型控制</b></p><p>　　圖1-2所示為電壓型控制buck變換器。從圖1-2可以看出，電壓型控制方法是利用輸出電壓采樣作為控制環(huán)的輸入信號，將該信號與基準電

30、壓Vref進行比較，并將比較的結果放大生成誤差電壓Ve。誤差電壓Ve與振蕩器生成的鋸齒波Vsaw進行比較生成一脈寬與Ve大小成正比的方波，該方波經(jīng)過鎖存器和驅動電路驅動開關管導通和關斷，以實現(xiàn)開關變換器輸出電壓的調節(jié)。</p><p>　　早期文獻中Duty Cycle Control都是特指的電壓型控制。在電流型控制方法出現(xiàn)之后，才明確提出了Voltage Mode Control的說法。電壓型控制方法只檢測輸

31、出電壓一個變量，因而只有一個控制環(huán)，所以設計和分析相對比較簡單。其主要缺點是只能在輸出改變時才能檢測到并反饋回來進行糾正，因此響應速度比較慢。由于電壓型控制對負載電流沒有限制，因而需要額外的電路來限制輸出電流。</p><p><b>　　（2）電流型控制</b></p><p>　　電流型控制（Current Mode Control）又稱為Current Inje

32、ction是1978年首次提出[2]。電流型控制同時引入電容電壓和電感電流2個狀態(tài)變量作為控制變量，提高了系統(tǒng)的性能。由圖1-3可以看出，電流型控制方法和電壓型控制方法的主要區(qū)別在于：電流型控制方法用開關電流波形代替電壓型控制方法的鋸齒波作為PWM比較器的一個輸入信號。電流型控制方法的工作原理為：在每個周期開始時，時鐘信號使鎖存器復位開關管導通，開關電流由初始值線性增大，檢測電阻RS上的電壓VS也線性增大，當VS增大到誤差電壓Ve時，比

33、較器翻轉，使鎖存器輸出低電平，開關管關斷。直到下一個時鐘脈沖到來開始一個新的周期。</p><p>　　由于電流型控制方法采用輸出電流前饋控制，相對于電壓型控制方法有更快的負載和輸入瞬態(tài)響應速度，減小了輸出電壓的紋波；且由于其自身具有限流的功能，易于實現(xiàn)變換器的過流保護，因而在多個電源并聯(lián)時，更便于實現(xiàn)均流。但電流型控制方法在占空比大于50%時要產(chǎn)生次諧波振蕩，從而產(chǎn)生穩(wěn)定性問題[3]。這通?？稍诒容^器輸入端使用

34、一個補償斜坡來消除。</p><p>　　圖1-2 電壓型控制電路</p><p>　　以上的電流型控制由于不能精確控制電流以及抗干擾性差等缺點，提出了平均電流型控制（Average Current Mode Control）[4]。為了與平均電流型控制方法區(qū)別，上文所述的控制方法又稱為峰值電流型控制（Peak Current Mode Control）。平均電流型控制方法的控制電路見圖1

35、-4，檢測電流經(jīng)電流積分器積分后與誤差電壓Ve相減，其差值與鋸齒波比較后驅動開關。平均電流型控制方法不但提高了電流的控制精度，而且抗干擾性強，但是響應速度比峰值電流控制方法慢。</p><p>　　圖1-3 電流型控制電路</p><p>　　圖1-4 平均電流型控制電路</p><p><b>　?。?）其他控制方法</b></p>

36、;<p>　　隨著控制理論的發(fā)展，一些現(xiàn)代的控制方法，如模糊控制、滑模變結構控制等非線性控制方法也被嘗試應用于開關電源的控制電路中。雖然這些控制方法到目前沒有得到廣泛應用，但是由于其獨特的控制性能，應用前景可觀。</p><p>　　模糊控制（Fuzzy Logic Control）是以模糊數(shù)學、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎的一種計算機控制方法。應用于開關電源的模糊控制的硬件

37、電路即為普通的數(shù)字控制電路[5]。</p><p>　　滑模變結構控制（Sliding Mode Control）的基本思想是系統(tǒng)從任何一點出發(fā)的狀態(tài)軌線通過控制作用拉到某一指定的切換面，然后沿著此切換面滑動到平衡點?？梢钥闯觯Ｗ兘Y構控制是一種開關反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.4本文主要研究內容</p><p>　　本文主要設計一款汽車尾氣廢熱發(fā)電電力

38、調節(jié)器，調節(jié)器輸入源為熱電電池，電壓范圍為0-600V，調節(jié)器輸出電壓由用戶通過CAN總線控制，電壓變化范圍為48-58V，電壓紋波<1%，輸出功率1000w，也可通過CAN總線將調節(jié)器控制在電流模式下，輸出電流由用戶通過CAN總線控制，變化范圍0-25A，紋波電流<1%。調節(jié)器采用buck降壓架構，設計電路參數(shù)，建立電路模型并仿真；設計PID控制器，通過仿真確定PID參數(shù)。本文將詳細的介紹設計的相關具體內容和設計的步驟以及

39、仿真，包括BUCK電路的建模分析，保護電路設計，控制系統(tǒng)設計，參數(shù)計算以及相關的仿真。完成任務書所要求達到的功能和相關指標，本文主要研究內容如下：</p><p>　?。?）系統(tǒng)的建模與設計，主要內容為整體方案的設計，即要達到任務書的要求所需要的基本硬件電路和軟件設計，所需要的基本系統(tǒng)電路主要分為電源電路、功率電路、驅動電路、保護電路、傳感電路、控制電路、顯示電路、通信電路等，后續(xù)章節(jié)將詳細介紹相關具體內容。&l

40、t;/p><p>　?。?）BUCK電路的建模與分析，主要分析BUCK電路在電流連續(xù)模式下，開關器件在開通和關斷時的系統(tǒng)建模以及電壓和電流模式控制策略，還對BUCK電路的主要器件的保護電路進行相關的設計。</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的設計，控制系統(tǒng)選用DSC作為控制系統(tǒng)的處理器，DSC擁有較高的性能完全可以滿足本設計所需要的相關功能，以控制器為核心器件設計了顯示電路、CAN通信電路、I

41、GBT驅動電路、溫度傳感器以及電流電壓傳感電路的設計。</p><p>　?。?）相關參數(shù)的計算，參數(shù)的計算包括BUCK電路的相關參數(shù)的計算和控制器軟件設計時需要的PID參數(shù)計算，參數(shù)的計算需要進行先關的分析和仿真并參考相關的資料，參數(shù)的計算為系統(tǒng)的仿真進行提供了正確的參數(shù)。</p><p>　?。?）系統(tǒng)軟件的設計及調試，軟件設計過程中先要畫出軟件流程圖，然后根據(jù)流程圖進行相關的軟件的編

42、寫，系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能需要對控制器進行編程才能實現(xiàn)，包括CAN通信、A/D轉換、PWM、數(shù)字PID、溫度傳感器讀寫、液晶顯示，軟件的編寫在,MPLAB集成環(huán)境下進行，軟件的調試在設計的電路板上進行。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)建模與設計</b></p><p><b>　　2.1 方案設計</b></p><p>

43、　　根據(jù)任務書要求可知，系統(tǒng)主電路是降壓斬波電路，控制系統(tǒng)要求具有相關的控制精度以及相關的通信等基本功能。故系統(tǒng)主要分為電源電路、功率電路、驅動電路、保護電路、傳感電路、控制電路、顯示電路、通信電路等模塊組成，系統(tǒng)框圖如下圖所示：</p><p><b>　　圖2-1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　控制器是整個系統(tǒng)的核心，一般設計中采用單片機處理器，在數(shù)字電源設

44、計中常用的芯片是DSP，因為DSP有強大的數(shù)據(jù)處理功能和運算能力。DSPIC是是PIC單片機與DSP的結合體，它具有16位單片機的高性能控制功能，又具有DSP的計算能力和數(shù)據(jù)吞吐能力，用其設計數(shù)字控制系統(tǒng)可以縮短開發(fā)周期降低開發(fā)成本，節(jié)省電路板空間[6]。</p><p>　　通信電路是為了方便系統(tǒng)集成而設計的，本設計要求采用CAN總線通信模式，而所選控制器自帶CAN通信模塊，只需添加CAN收發(fā)器即可，本設計中采

45、用MCP2551作為CAN收發(fā)器。</p><p>　　顯示電路模塊為人機交互界面，可以實時的顯示系統(tǒng)運行的相關參數(shù)和信息，本設計中將采用LCD液晶模塊作為顯示電路，方便在系統(tǒng)運行和調試過程中方便查看系統(tǒng)數(shù)據(jù)。</p><p>　　驅動電路主要是驅動功率電路中的開關器件，由于本設計采用的是數(shù)字控制器，所以驅動電路執(zhí)行的只有驅動任務，由于功率開關器件的驅動電壓和電流由嚴格的要求，所以驅動電路

46、需要符合相關的標準。目前在數(shù)字開關電源中采用的較多的是集成的電路驅動模塊，這種模塊一般帶有光耦隔離以及電流電壓保護模塊，簡化了開發(fā)過程中的步驟，使用更加方便。</p><p>　　降壓電路是系統(tǒng)的功率電路，常用的降壓電路有BUCK、CUK降壓斬波電路，兩種斬波電路有各自的適用場合，同時可以選擇不同的功率開關器件，對于各自的優(yōu)缺點將在下文中介紹和討論</p><p>　　傳感電路主要的功能是

47、采集電路中的相關信息，供給控制器處理，同時構成一個閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)設計要求需要用到的傳感器主要有電壓傳感器、電流傳感器以及溫度傳感器。 </p><p>　　2.2 主電路選型與分析</p><p>　　2.2.1 主電路選型</p><p>　　根據(jù)任務書要求，本設計是屬于DC-DC變流器系統(tǒng)設計，由于半導體溫差發(fā)電器在汽車發(fā)動機發(fā)動后能在短時間之內輸出電壓就可以達

48、到48V以上，所以變流器可直接采用降壓電路設計以減少設計的成本和復雜程度常見的降壓斬波電路主要有BUCK和CUK斬波電路，其中CUK為升降壓斬波電路。</p><p>　　Cuk斬波電路也稱Cuk變換器。美國加州理工學院Slobodan Cuk提出的對Buck/Boost改進的單管不隔離直流變換器，在輸入輸出段均有電感，可以顯著減小輸入和輸出電流的脈動，輸出電壓的極性和輸入電壓相反，輸出電壓既可以低于也可以高于輸

49、入電壓。Cuk變換器可看做是Boost變換器和Buck變換器串聯(lián)而成，合并了開關管[7]。</p><p>　　圖2-2 Cuk電路</p><p>　　雖然CUK電路的輸出電壓和電流波形是連續(xù)的，但是從上圖可以看出，CUK電路需要用到兩個電感和電容，設計成本相對較高，而且CUK電路中的開關器件和二極管的開關容量很大，器件必須承受的電壓很高，流過的電流峰值也很高，特別是在二極管的值較大時，

50、這是CUK電路的弱點。</p><p>　　BUCK電路是一種降壓斬波器，降壓變換器輸出電壓平均值Uo總是小于輸出電壓UD通常電感中的電流是否連續(xù)，取決于開關頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值。</p><p>　　簡單的BUCK電路輸出的電壓不穩(wěn)定，會受到負載和外部的干擾，當加入PID控制器，實現(xiàn)閉環(huán)控制。可通過采樣環(huán)節(jié)得到PWM調制波，再與基準電壓進行比較，通過PID控制器得到反饋信號，與

51、三角波進行比較，得到調制后的開關波形，將其作為開關信號，從而實現(xiàn)BUCK電路閉環(huán)PID控制系統(tǒng)[8]。</p><p>　　圖2-3 buck電路</p><p>　　BUCK電路的結構比較簡單，運用廣泛，是設計中常采用的電路結構，本設計將采用這種降壓斬波電路。</p><p>　　2.2.2 BUCK電路分析</p><p>　　下面將分別

52、討論Buck變換器的非線性化的模型，及相關的三個輸出電壓控制策略。</p><p>　　Buck變換器主電路拓撲研究：</p><p>　　Buck變換器主拓撲如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 Buck變換器</p><p>　　在電流連續(xù)的模式下（CCM）——即開關開通的時候，電感電流連續(xù)——變換器表現(xiàn)為兩個電路狀態(tài)。第一個狀

53、態(tài)是當MOSFET開通的情況（圖2-5(a)）。第二個狀態(tài)是當MOSFET關斷的情況（圖2-5（b））。</p><p><b>　　（a）</b></p><p><b>　?。╞）</b></p><p>　　圖2-5 Buck變換器狀態(tài)：(a)MOSFET導通時 （b）MOSFET關斷時</p><

54、;p>　　兩種狀態(tài)的狀態(tài)空間表達式分別為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中i和Vc分別代表電感電流和電容電壓，電流源Iz代表負載電流擾動，rc是輸出電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）。對（1）式和（2）式進行加權平均，則得出Buck變

55、換器的平均狀態(tài)空間方程為[9]：</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　注意式（1-/03）是一個非線性方程，因其包含了d和Vin，而d與Vin是不相關的變量。</p><p><b>　　電路的傳遞函數(shù)為：</b></p><p><b>　?。?-4）&l

56、t;/b></p><p>　　電壓模式控制策略（VMC）：</p><p>　　VMC控制策略如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 使用VMC控制的Buck變換器</p><p>　　具體做法如下：首先將變換器的輸出電壓V反饋回來，并與參考電壓Vref做差，這兩個電壓的差值稱為誤差電壓；然后控制環(huán)節(jié)H（s）根據(jù)誤差電壓得出控

57、制電壓Vc；緊接著控制電壓Vc與鋸齒波相比較以產(chǎn)生PWM信號——d；最后由d來控制MOSFET的開關動作。我們定義d與Vc的商為PWM調制增益，表達式為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　其中Vp是鋸齒波電壓的幅值。</p><p>　　圖2-7所示的控制器可以用來補償Buck變換器的主要的二階特性。<

58、/p><p>　　圖2-7 包含雙極點和雙零點的控制器</p><p>　　控制環(huán)節(jié)有2個極點（）和2個零點（），傳遞函數(shù)如下：</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　其中K=R3/(R1+R2)，=1/R4C2，=1/R2C1，=1/(R3+R4)C2和=(R1+R2)/R1R2C2。在設計控

59、制器的時候，第一個極點通常被放置在低頻區(qū)用來增強系統(tǒng)的DC增益，第二個極點用來抵消由輸出電容的ESR引入的零點的作用。兩個零點用來抵消由LC濾波器引入的兩個極點[10]。</p><p>　　電流模式控制策略（CMC）：</p><p>　　CM控制策略如圖2-8所示:</p><p>　　圖2-8 （a）使用CMC的Buck變換器；（b）電感電流波形；（c）開關電

60、流波形</p><p>　　在一個開關周期開始的時候，時鐘信號將觸發(fā)器置位（Q=1）使MOSFET開通。在開關開通的這段時間內，流過開關的電流等于電感電流，并呈線性增長；與此同時我們將開關電流Ifb與來自控制器控制信號Iref作比較。當Ifb稍大于Iref的時候，比較器輸出高電平，觸發(fā)器被復位（Q=0），MOSFET被關斷，這標志了一個開關周期的結束。以后的開關周期都遵循這個過程周而復始。由穩(wěn)態(tài)時電感電流的波形（

61、如圖2-8（b）所示）可得出平均電感電流[11]：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　其中Ip是電感電流的峰值，T是開關周期。</p><p>　　由開關電流的波形（如圖5（c）所示）可得出Ip與Iref的關系：</p><p><b>　?。?-8）</b>&l

62、t;/p><p>　　其中Rs是電流傳感增益。將（7）代入（6）可得</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　在CMC中，因為電感電流是被控量，所以它不再是獨立的變量。因此，使用CMC的Buck變換器是一個一階系統(tǒng)，即是說，它的動態(tài)特性主要受變換器的輸出電容的影響。</p><p>　　2.2.3

63、保護電路設計</p><p>　　IGBT（絕緣柵雙極性晶體管）是一種用MOS來控制晶體管的新型電力電子器件，具有電壓高、電流大、頻率高、導通電阻小等特點，因而廣泛應用在變頻器的逆變電路中。但由于IGBT的耐過流能力與耐過壓能力較差，一旦出現(xiàn)意外就會使它損壞。為此，必須但對IGBT進行相關保護。</p><p>　　IGBT過流保護一般其驅動電路中有，本設計中IGBT驅動電路帶有過流保護，

64、故此處只討論過壓保護裝置。IGBT在由導通狀態(tài)關斷時，電流Ic突然變小，由于電路中的雜散電感與負載電感的作用，將在IGBT的c、e兩端產(chǎn)生很高的浪涌尖峰電壓Uce=L dic/dt，加之IGBT的耐過壓能力較差，這樣就會使IGBT擊穿，因此，其過壓保護也是十分重要的。過壓保護可以從以下幾個方面進行：</p><p>　　（1）盡可能減少電路中的雜散電感。作為模塊設計制造者來說，要優(yōu)化模塊內部結（如采用分層電路、縮

65、小有效回路面積等），減少寄生電感；作為使用者來說，要優(yōu)化主電路結構（采用分層布線、盡量縮短聯(lián)接線等），減少雜散電感。另外，在整個線路上多加一些低阻低感的退耦電容，進一步減少線路電感。所有這些，對于直接減少IGBT的關斷過電壓均有較好的效果[12]。</p><p>　?。?）采用吸收回路。吸收回路的作用是；當IGBT關斷時，吸收電感中釋放的能量，以降低關斷過電壓。常用的吸收回路有兩種，如圖2-10所示為充放電吸收

66、回路。對于電路中元件的選用，在實際工作中，電容c選用高頻低感圈繞聚乙烯或聚丙烯電容，也可選用陶瓷電容，容量為2uF左右。電容量選得大一些，對浪涌尖峰電壓的抑制好一些，但過大會受到放電時間的限制。電阻R選用氧化膜無感電阻，其阻值的確定要滿足放電時間明顯小于主電路開關周期的要求，可按R≤T/6C計算，T為主電路的開關周期。二極管V應選用正向過渡電壓低、逆向恢復時間短的軟特性緩沖二極管[13]。</p><p>　?。?/p>

67、3）適當增大柵極電阻Rg。實踐證明，Rg增大，使IGBT的開關速度減慢，能明顯減少開關過電壓尖峰，但相應的增加了開關損耗，使IGBT發(fā)熱增多，要配合進行過熱保護。Rg阻值的選擇原則是：在開關損耗不太大的情況下，盡可能選用較大的電阻，實際工作中按Rg=3000/Ic 選取。              

68、;            .                        &

69、#160;                    圖2-10 吸收回路</p><p>　　除了上述減少c、e之間的過電壓之外，為防止柵極電荷積累、柵源電壓出現(xiàn)尖峰損壞IGBT，可在g、e之間設置一些保護元件，電

70、路如圖2-11所示。電阻R的作用是使柵極積累電荷泄放，其阻值可取4.7kΩ；兩個反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管V1、 V2。是為了防止柵源電壓尖峰損壞IGBT。                        

71、;                          圖2-11 防柵極電荷積累與柵源電壓尖峰的保護</p><p>　　IGBT

72、的損耗功率主要包括開關損耗和導通損耗，前者隨開關頻率的增高而增大，占整個損耗的主要部分；后者是IGBT控制的平均電流與電源電壓的乘積。由于IGBT是大功率半導體器件，損耗功率使其發(fā)熱較多（尤其是Rg選擇偏大時），加之IGBT的結溫不能超過125℃，不宜長期工作在較高溫度下，因此要采取恰當?shù)纳岽胧┻M行過熱保護。</p><p>　　在實際工作中，我們采用普通散熱器與強迫風冷相結合的措施，并在散熱器上安裝溫度開關。

73、當溫度達到75℃～80℃時，通過 驅動電路的關閉信號停止PMW 發(fā)送控制信號，從而使驅動器封鎖IGBT的開關輸出，并予以關斷保護，故設計中還需要有IGBT的穩(wěn)定傳感器[14]，本文將在傳感器電路設計章節(jié)講解。</p><p><b>　　3 控制系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　3.1控制器設計</b></p><

74、p>　　Microchip公司推出的dsPIC數(shù)字信號控制器(DSC)即擁有16位閃存單片機功能強大的外圍設備和快速中斷處理能力的高性能，又兼具數(shù)字信號處理器DSP的計算能力和數(shù)據(jù)吞吐能力，融合了可管理高速計算活動的數(shù)字信號處理器功能，指令執(zhí)行速度可達30MIPS，配備自編程閃存，并能在工業(yè)級溫度和擴展級溫度范圍內工作。DSPIC目前被廣泛運用于電機調速系統(tǒng)和電源變換領域。</p><p>　　本設計采用d

75、sPIC30F6014A數(shù)字信號控制器（DSC）器件作為核心處理器。dsPIC30F 器件在其高性能16 位單片機（MCU）架構中，融合了豐富的數(shù)字信號處理器DSP功能，dspic30f6014芯片具有多達62個向量的中斷向量表，包括8個處理器異常和軟件陷阱、用戶可懸著優(yōu)先級的定時器、輸入捕捉、A/D轉換、通信操作、輸出比較、PWM故障以及外部中斷等。DSC自帶的10位A/D轉換器、CAN模塊、DSP引擎以及PWM模塊可完全實現(xiàn)系統(tǒng)所需

76、功能[15]。其管腳如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 DSPIC30F6014A管腳圖</p><p>　　實際運用電路中，還應增加一些相應的時鐘電路、復位電路以及抗干擾電路：</p><p><b>　　圖3-2工作電路</b></p><p>　　3.1.1 顯示電路</p><p>

77、;　　為了方便讀取參數(shù)和監(jiān)視系統(tǒng)，本設計采用LCD液晶顯示器128X64來實時顯示相關參數(shù)。帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊。 </p><p>　　內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8

78、15;4行16×16點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。</p><p>　　圖3-3 LCD液晶模塊管腳</p><p>　　3.1.2 CAN及通信電路</p><p>　　控制器

79、局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network）作為一種多線路網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，以其時分多主、非破壞性總線仲裁和自動檢錯重發(fā)等靈活、可靠的通信技術，及低廉的價格，被廣泛地應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線、汽車、傳感器、醫(yī)療設備、智能化大廈、電梯控制、環(huán)境控制等分布式實時系統(tǒng)。汽車電子設備（即引擎控制單元、傳感器和防滑系統(tǒng)等）均是使用CAN以最大比特率（1Mb/s）連接的。CAN網(wǎng)絡可以用來取代汽車中的線路連接以有效節(jié)約成本。</p

80、><p>　　DSPIC30F6014A自帶CAN模塊,CAN模塊式實現(xiàn)BOSCH規(guī)范定義的CAN2.0A/B協(xié)議的通信控制器。模塊支持CAN協(xié)議CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0B Passive和CAN2.0B Active版本。該模塊實現(xiàn)的是1個完全CAN系統(tǒng)。</p><p>　　設計中采用MCP2551作為CAN收發(fā)器與DSPIC芯片配合使用，MCP2551是一個可容錯的高速

81、CAN器件，可作為CAN協(xié)議控制器和物理總線接口。MCP2551 可為CAN 協(xié)議控制器提供差分收發(fā)能力，它完全符合ISO-11898標準，包括能滿足24V 電壓要求。它的工作速率高達1 Mb/s。典型情況下， CAN 系統(tǒng)上的每個節(jié)點都必須有一個器件，把CAN 控制器生成的數(shù)字信號轉化成為適合總線傳輸（差分輸出）的信號。它也為CAN 控制器和CAN總線上的高壓尖峰信號之間加入了緩沖器，這些高壓尖峰信號可能是由外部器件產(chǎn)生（EMI、ES

82、D 和電氣瞬態(tài)等）[16]。其電路圖如下所示：</p><p>　　圖3-4 CAN通信</p><p>　　3.1.3 驅動電路設計</p><p>　　M57962AL是日本ISAHAYA株式會社生產(chǎn)的一種IGBT驅動集成電路(HybridIntegrated Circuit For Driving IGBTModules簡稱HIC),應用在N溝道IGBT模塊的

83、驅動電路中。M57962AL的輸入與輸出實現(xiàn)了光電隔離,耐壓Viso達到2500Vrms(60s)。M57962AL 具有IGBT短路保護功能, 在發(fā)生短路故障時從M57962AL第8 管腳輸出一個低電平故障信號, 同時降低第5 管腳輸出的驅動電壓。M57962AL開關頻率最高可以達到20kHz,tPLH不超過1ms,tPHL不超過1.3ms,tr和tf都不超過1ms,是一個比較理想的高速驅動電路。M57962 A L可驅動600V/1

84、200V的IGBT模塊,電流分別可以達到600A/400A。</p><p>　　M57962AL可采用單電源供電或雙電源供電,圖1為使用M57962AL驅動GA150LD120ST模塊的電路圖,采用雙電源+15V,-9V供電方式。使用-9V作為關斷電壓,提高了抗干擾能力,確?？煽筷P斷,保證了電路可靠工作。在圖1電路中,R3=2Ω,C1=1nF,C2=C3=100nF,E1=E2=100mF,Z1=Z2=Z3=3

85、0V。R3起到柵極電阻Rg的作用。R3較小時,可減少IGBT開關時間,降低開關損耗,但R3過小將導致IGBT集電極di/dt增大,由此產(chǎn)生的較高尖峰電壓可能損壞IGBT;R3較大時, 則正好相反, 降低了尖峰電壓值, 但也造成IGBT開關損耗增加。在本電路中R3取2Ω。在正常工作情況下,M57962AL 管腳5根據(jù)管腳13、14的輸入電平而改變輸出電平。在輸出高電平情況下, Q 1導通, Q 2關斷,IGBT門極處的電壓為+15V,進入

86、開狀態(tài);輸出低電平情況下,Q2導通,Q1關斷,IGBT門極處的電壓為-9V,進入關狀態(tài)。在實際電路中試驗, 控制信號開關頻率達到20KHZ情況下使用示波器捕捉IGBT門極的電壓波形進行觀察,確認驅動電路滿足了IGBT驅動要求,</p><p>　　圖3-5 M57962L的結構框圖</p><p>　　M57962AL的引腳圖如圖3-6所示：</p><p>　　圖

87、3-6 M57962AL 引腳圖</p><p>　　M57962AL是厚模單列直插式封裝，從左至右依次編號，其中9～12為空端。1端和2端：故障檢測輸入端；4端：接正電源VCC；5端：驅動信號輸出端；6端：接負電源VEE；8端：故障信號輸出；13端和14端：驅動信號輸入端。</p><p>　　圖3-7 IGBT驅動電路</p><p>　　電源去耦電容C4 ～

88、C7采用鋁電解電容器，容量為100 uF/50 V，R14阻值取1 kΩ，R13阻值取1.5kΩ，R9取5.1 kΩ，電源采用正負l5 V電源模塊分別接到M57962L的4腳與6腳，邏輯控制信號IN經(jīng)l3腳輸入驅動器M57962AL。雙向穩(wěn)壓管Z1選擇為9.1 V，Z2為18V，Z3為30 V，防止IGBT的柵極、發(fā)射極擊穿而損壞驅動電路，二極管采用快恢復的FR107管。</p><p>　　3.1.4 傳感電路

89、設計</p><p>　　本設計中采用的是非接觸式的霍爾電流和電壓傳感器，避免控制器被外界信號干擾。近年來，新一代功率半導體器件進入電力電子領域后，交流變頻調速、逆變裝置、開關電源等日漸普及，原有的電流、電壓檢出元件，已不適應中高頻、高出di/dt 電流波形的傳遞和檢測?；魻栯娏麟妷簜鞲衅髂K，是近十幾年發(fā)展起來的測量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器，是彌補這一空缺的高性能電檢測元件[18]。</p&

90、gt;<p>　　霍爾電流、電壓傳感器變送器模塊的使用方法：</p><p>　　電流、電壓傳感器只需外接正負直流電源，被測電流母線從傳感器中穿過或接于原邊端子，副邊端子再做簡單連接，即可完成立電路與控制電路的隔離檢測，簡化了電路設計。若與變送器配合使用，經(jīng)A/D 變換，可方便地與計算機和各種儀表接口，并可以長線傳輸。</p><p>　?。?）磁補償式電流傳感器</p

91、><p>　　傳感器有三個接線端子：“十” 端：正電源輸入端；“一” 端：負電源輸入端；M端：信號輸出瑞。接線方法如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8磁補償型電流傳感器接線方法</p><p>　?。?）電壓傳感器（CHV－25P、CHV－100）</p><p>　　電壓傳感器有五只接線端子。其中兩只為原邊端子：被測電壓輸入端“十”；

92、被測電壓輸入端“一”。另外三只為副邊端子：“十”端：電源+15V；“一”端：電源-15V；M 端：信號輸出端。</p><p>　　根據(jù)用戶所測電壓的大小，須將被測電壓串接一只電阻R 后再接到傳感器原邊端子，電壓傳感器的輸出端應用與磁補償型電流傳感器相同，電壓傳感器接線方法如下圖所示：</p><p>　　圖3-9 電壓傳感器</p><p>　?。?）溫度傳感器1

93、8B20</p><p>　　為了防止IGBT過熱，電路中需要監(jiān)測IGBT的穩(wěn)定，在本設計中采用數(shù)字穩(wěn)定傳感器18B20，獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　DS18B20的主要特性：①適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。②獨特的單線接口方式，DS18B

94、20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。③DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。④DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。⑤溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃。⑥可編程的分辨率為9～12 位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0

95、.125℃和0.0625℃，⑦在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多750ms內轉換為數(shù)字。⑧測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行送給CPU，同時可傳送CRC效驗碼具有極強的看干擾糾錯能力。⑨負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　DS18B20 有4 個主要的數(shù)據(jù)部件：</p><p>　　（1）

96、光刻ROM 中的64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20 的地址序列碼。64位光刻ROM 的排列是：開始8 位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48 位是該DS18B20 自身的序列號，最后8 位是前面56 位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM 的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20 的目的。</p><p>　?。?

97、）DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12 位轉化為例：用16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB 形式表達，其中S 為符號位。</p><p>　　表1: DS18B20 溫度值格式表</p><p>　　這是12 位轉化后得到的12 位數(shù)據(jù)，存儲在18B20 的兩個8 比特的RAM 中，二進制中的前面5 位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5

98、位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625 即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5 位為1，測到的數(shù)值需要取反加1 再乘于0.0625 即可得到實際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。其管腳及封裝如下圖所示：</p><p>　　圖3-10 18B20封裝及管腳</p><

99、;p>　　GND為接地端，I/O為串行數(shù)據(jù)接口，VDD為外接電源輸入供電端（在寄生電源模式時共地。</p><p>　　3.1.5 輔助電路設計</p><p>　　本設計中還需要電源電路對控制系統(tǒng)供電，由于本設計所設計的變流器輸出最低電壓為48V，可以給汽車蓄電池充電，所以控制系統(tǒng)的電源應是由汽車蓄電池供給的48V電壓，在本設計中需要用的電源電壓為直流+5V、±15V，所

100、以需要相應的電路來轉換，本設計中采用兩個DC-DC電源模塊，一個為48V直流輸入+5V輸出：主要給控制器以及通信電路供電；另一個為48V輸入±15V輸出：主要給控制電路和傳感器供電。</p><p>　　根據(jù)設計需求選用48Vac或dc輸入10W系列單電壓輸出DC/DC 電源模塊如下為模塊參數(shù)：輸出功率為10W；輸入規(guī)格：48V(36~72V)ac或(36~72)Vdc寬電壓；具有輸入過壓、輸出過流短路

101、，初始電壓精度達±1.0%，各項參數(shù)均滿足設計的需求。</p><p><b>　　4 相關參數(shù)計算</b></p><p><b>　　4.1 主電路參數(shù)</b></p><p>　　主電路為BUCK電路，輸入電壓范圍為0-600V，調節(jié)器輸出變化范圍為48-58V，電壓紋波<1%，輸出功率1000w，本

102、設計工作頻率設定為10kHz，以下計算所應使用的電感和電容的值。 </p><p>　　在Buck電路中的電感L和電容C組成低通濾波器，此濾波器的設計原則是，使輸出電壓的直流分量可以通過，抑制輸出電壓的開關頻率及其諧波分量通過。但是，構建一個能夠讓直流分量通過而且完全濾除開關頻率及其諧波分量的完美的濾波器是不可能的，所以，在輸出中至少有一小部分是由于開關產(chǎn)生的高頻諧波[19]。因此，輸出電壓波形事實上如圖4-1所

103、示，可以表達為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　圖4-1輸出電壓波形</p><p>　　所以實際的輸出電壓由所需要的直流分量加少量的交流分量所組成，交流分量由低通濾波器未能完全衰減的開關諧波所產(chǎn)生。</p><p>　　由于直流變換器的作用使產(chǎn)生所需的直流的輸出，因此希望輸出電壓開

104、關紋波應很小。所以，通?？梢约僭O開關紋波的幅值遠遠小于直流分量，即</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　因此，輸出電壓近似為直流分量，而忽略其小紋波成分，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　上述近似稱為小紋波近似，或稱線性紋波近似，

105、可大大簡化變換器波形的分析。</p><p>　　下面分析電感電流波形，進而得出電感的計算公式。通過電感電壓波形的積分可以得到電感電流。開關在位置1時，電感在左側與輸入電壓相連，電路簡化為下圖4-2（a）。電感電壓為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。╝）</b></p&

106、gt;<p><b>　?。╞）</b></p><p>　　圖4-2 BUCK電流通路</p><p>　　如上所述，輸出電壓為其直流分量加小的交流紋波成分。采用小紋波近似，式（4-4）中的用其直流分量代替，得到</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　開

107、關在位置1時，電感電壓等于，如圖4-2（b）所示。電感電壓方程為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　在第一個子區(qū)間，由上式可以解得電感電流波形的斜率為</p><p><b>　　（4-7）</b></p><p>　　由于開關在位置1時，電感電壓近似為常量，因此電

108、感電流的變化率也近似為常數(shù)，電感電流線性上升。當在第二個子區(qū)間，開關處于位置2時，電感的左端與參考地相連，簡化電路如圖4-2（b）所示。所以，在第二個子區(qū)間，電感電壓為</p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　采用小紋波近似式（4-4）得到</p><p><b>　?。?-9）</b><

109、/p><p>　　所以，當開關處于位置2時的電感電壓為常量，如圖4-2（b）所示。將式（4-9）代入式（4-8）中，得到電感電流的斜率為</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　因此，在第二個子區(qū)間，電感電流的變化率為一負的常量。</p><p>　　現(xiàn)在，電感電流的波形如下圖所示，電感電流從初

110、始值開始。在第一個子區(qū)間開關處于位置1時，電感電流以式（28）所給出的斜率上升。在時刻，開關轉至位置2，然后電感電流以式（4-11）所給出的斜率下降。在時刻，開關轉回位置1，以下過程重復。</p><p>　　下面計算電感電流紋波。下圖4-3所示，電感電流峰值等于其直流分量I加上峰值至平均值的紋波。此峰值電流不僅流過電感，而且流過半導體器件。當確定這些器件的參數(shù)時，需要知道峰值電流。</p><

111、;p><b>　　圖4-3電感電流</b></p><p>　　已知在第一個子區(qū)間中的電感電流流的斜率和第一個子區(qū)間的長度，可以計算其紋波幅值，的波形關于I對稱，因此在第一個子區(qū)間中的電流上升（是紋波峰值，因此紋波峰值為）。所以的變化量=斜率子區(qū)間長度。</p><p><b>　　電感電流的紋波為</b></p><