青岛理工大学毕业设计
因为0 升压斩波电路目前的典型应用，一是用于直流电机传动，二是用作单相功率因数矫正（Power tor Correction）电路，三是用于其它交直流电源中。 Boost电路有两种工作状态：电感L较大时，电流纹波较小，输入电流是连续的；电感L较小时，输入电流是脉动的，处于不连续状态；Boost电路工作波形如图4.2所示。 UGUG0UVTonTU0tUitUi0UVTonTU0tUitUi0UL0UL0IL△IL0Ui-U0t0ILUi-U0tIit0b电感电流不连续Iita电感电流连续 图4.2 Boost电路工作波形 4.2 Boost电路实现光伏最大功率跟踪的理论依据 由图3.2可知，光伏电池的输出存在功率最大点，在一定的环境下，光伏电池能否工作在最大功率点上取决于所带的负载大小，光伏电池的工作点示意图如图4.3所示。 青岛理工大学毕业设计 10.90.80.7电流/A0.60.50.40.30.20.10012345678910111213141516171819202122电压/V 图4.3 光伏电池的工作点示意图 图4.3中直线表示负载电阻的I-U特性，曲线表示光伏电池的I-U特性，二者的交点为光伏电池的工作点。由电路最大功率传输定理知，当二者匹配时，光伏电池就能工作在最大功率点上，否则，便处于失配状态，光伏电池产生的电能就不能被充分利用。 外界环境的变化是人无法改变的，光照和温度也是不断地变化，所以光伏电池的输出特性也随之变化，要使光伏电池实时工作在最大功率点上，必须实时调整其所接的负载大小与之匹配。光伏发电系统中的DC-DC变换器就可通过调节PWM波占空比，即可实现负载始终与光伏电池匹配，实现光伏最大功率跟踪。 为方便理论分析，以直流电压源与电阻串联来简化等效光伏电池，简化等效电路如图4.4（a）所示。 Rs+-Usa+U0b-(a)Boost电路Rs+RL-+-Us+U0-(b)RL’ 图4.4简化等效电路 由式（4.3）可知，Boost电路为升压电路，因此可以等效成一个变比为n的变压器，可得式（4.4）： n? 1,0 青岛理工大学毕业设计 示电路。根据戴维宁定理和理想变压器特性[13]，可得式（4.5）： 'RL?(1?D)2RL,0 根据电路最大功率传输定理，当光伏电池的内阻与外界负载的的电阻匹配时，负载电阻获得最大功率。在理想情况下Boost电路不消耗功率，因此负载电阻可获得最大功率。可以调节PWM波占空比D，使等效负载RL’的大小在0至RL范围内变化，从而可使等效负载RL’与光伏电池的内阻匹配，使光伏电池工作在最大功率点上，始终输出最大功率。 4.3 Boost电路主要器件选择 4.3.1 电感L Boost电路工作在电感电流连续时，从图4.2（a）中可知电感纹波电流△IL： ?IL?D?T?Ui11 （4.6） Udt??(U?U)dt?i0iL?TonL?ToffL 电感L： L?D?T?Ui （4.7） ?IL 1ms,16有资料可知电感的纹波电流一般为其平均电流的10%至20%，所以可得电感L 本设计中Ui的范围为8V―20V，最大电流为1A，最小占空比D为0.1，T为 最小值为： 0.1?L? 1?10?3?816 ?250(?H) （4.8）1?0.2考虑到实际电路中留有一定的裕量，故取L=300μH。 4.3.2 电容C Boost电路中的输出电容C既保证输出电压稳定，具有滤波作用，又起到储 青岛理工大学毕业设计 存能量的作用，所以在本设计中选用电容C=880μF。 4.3.3 功率开关管V和二极管D Boost电路中的功率开关管选用N通道增强型MOSFET管IRF840，其适用于工作在高频状态下的DC-DC变换器，最大工作电压和电流分别是500V和8A，完全满足本设计要求。 二极管D选用IN5401，其最大峰值反向电压为100V，最大通过电流为3A，可满足本设计要求。 4.4 控制电路 DSP 控制电路 4.5 驱动电路 本设计中选用MOSFET管IRF840的驱动芯片为TC4420，TC4420为高速功率MOSFET驱动器，输入电源电压范围：4.5V至18V，峰值输出电流：6A，MOSFET驱动电路如图4.7所示。 图4.7 MOSFET驱动电路 图4.7中的PWM波信号由DSP TMS320F2812单片机的OC1A产生，经快速光耦6N137隔离后进入TC4420的管脚2，然后由管脚6和7输出驱动信号。快速光耦起到保护单片机的作用，使单片机与主回路电气 隔离；同时选用快速光耦使PWM波信号在高频状态下的最终输出波形不失真。 青岛理工大学毕业设计 4.6 缓冲电路 开关电源的主元件大都有寄生电感与电容，寄生电容Cp一般都与开关元件或二极管并联， 而寄生电感L通常与其串联。由于这些寄生电容与电感的作用， 开关元件在通断工作时， 往往会产生较大的电压浪涌与电流浪涌。 开关的通断与二极管反向恢复时都要产生较大电流浪涌与电压浪涌。而抑制开关接通时电流浪涌的最有效方法是采用零电压开关电路。另一方面， 开关断开的电压浪涌与二极管反向恢复的电压浪涌可能会损坏半导体元件， 同时也是产生噪声的原因。为此， 开关断开时， 就需要采用吸收电路。二极管反向恢复时， 电压浪涌产生机理与开关断开时相同， 因此， 这种吸收电路也适用于二极管电路。本文介绍了RC、RCD、LC等吸收电路， 这些吸收电路的基本工作原理就是在开关断开时为开关提供旁路， 以吸收蓄积在寄生电感中的能量， 并使开关电压被钳位， 从而抑制浪涌电流。 下图所示是一个RC吸收网络的电路图。它是电阻Rs与电容Cs串联的一种电路， 同时与开关并联连接的结构。若开关断开， 蓄积在寄生电感中的能量对开关的寄生电容充电的同时， 也会通过吸收电阻对吸收电容充电。 下图所示是一个RC吸收网络的电路图。它是电阻Rs与电容Cs串联的一种电路， 同时与开关并联连接的结构。若开关断开， 蓄积在寄生电感中的能量对开关的寄生电容充电的同时， 也会通过吸收电阻对吸收电容充电。这样， 由于吸收电阻的作用， 其阻抗将变大， 那么， 吸收电容也就等效地增加了开关的并联电容的容量， 从而抑制开关断开的电压浪涌。而在开关接通时， 吸收电容又通过开关放电， 此时， 其放电电流将被吸收电阻所限制。 电阻值与电容值的大小对电路造成的影响：