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1、本科毕业设计（论文）摘 要在很多需要DC-DC变换的系统，往往需要研制一种宽电压输入范围的DC/DC变换器电源。在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，本文选用了Buck-Boost作为系统的主电路拓扑。本文介绍了Buck-Boost电路的工作原理，建立了理想Buck-Boost模型，对整个电路进行了主电路参数设计，并在此基础上进行了电压电流闭环参数设计的研究，实现了控制理论中零极点补偿法在电力电子中的应用，。接着，本文在protel中进行了原理图和PCB图的设计，在设计的硬件电路上进行了测试实验。为了使系统能够在宽电压输入范围内稳定正常工作，本文实现了提出的闭环参数设计方法，指出了该
2、方法的优点，并通过实验验证了该方法的正确性。关键词：Buck-Boost；DC/DC变换器- IV -毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利
3、目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开
4、题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它目 录摘 要I目 录II第1章 绪论1第2章 BUCK-BOOST
5、变换器原理分析62.1电感电流连续时的工作原理和基本关系62.1.1工作原理62.1.2基本关系72.2电感电流断续时的工作原理和基本关系：82.2.1工作原理82.2.2基本关系92.3电感电流连续时的稳态分析10第3章 主电路参数设计123.1电感计算123.2输出滤波电容计算143.3主功率管选择143.4功率二极管选择163.5输入侧熔断器选择163.6压敏电阻选择16第4章 控制电路设计184.1电流型与电压型PWM 控制原理及性能比较184.1.1电压型PWM控制184.1.2电流型PWM控制184.1.3电流型PWM控制的优点194.2 UC3845原理与特性194.3 UC38
6、45常用典型电路204.4 电压反馈电路214.5 电压、电流闭环电路21第5章 硬件电路设计及实验235.1主电路硬件电路设计245.2控制电路设计255.3 PCB印制板图255.4 Buck-boost电路实验测试26结 论29参考文献30第1章 绪论直流-直流变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用
7、于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约2030的电能。直流斩波器不仅能起到调压的
8、作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声等作用。因为电子设备中所用的集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在电子供电系统中,采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因为电子设备容量的不断增加,其电源容量也将不断增加。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。目前,已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度
9、的提高。电子产业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流。在电子设备领域中,通常将整流器称为一次电源,而将DC/DC变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前,在电子设备中用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT实现高频工作,开关频率一般控制在50kHz100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12。5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V
10、/400A。Buck和Boost电路是DC-DC变换中最基本的两种电路。一方面，它们应用广泛；另一方面，由它们可以衍生出很多其他的电路拓扑。但是Buck电路只能降压，而Boost电路只能升压，应用受到一定的限制。而在Boost电路结构前加上Buck结构，通过简化，则可以得到Buck-Boost电路，既可升压亦可降压，即输出电压平均值的幅度通过占空比的调节，可以高于或低于其输入直流电压。它广泛应用于逆变电路，各种低压单电源输入、多电源需求的电子电路及功率因数校正(PFC)电路中。该电路克服了传统串联型稳压电源能耗大、体积大的缺点, 具有体积小、结构简单、变换效率高等优点。反极性输出式buck-b
11、oost电路输出电压与输入电压极性相反，可以方便的实现升降压功能。并且相对于正极性buck-boost电路而言，它只用了一个开关管，既节约了成本又使得控制变得简单。Buck-Boost开关变换器能方便地实现升压和降压及负电压输出，是直流开关变换器的重要组成部分。文献3对Buck-Boost变换器的本质安全特性及其设计展开研究，主要工作如下： 对Buck-Boost开关变换器的工作原理及其能量传输模式进行了深入分析，进一步将连续导电模式(CCM)细分为完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM)，给出了CISM与IISM的临界电感，推导出了各种模式下的纹波电压表达式，得出了变换器
12、在整个动态范围内的最大输出纹波电压。 对Buck-Boost开关变换器不同模式下的峰值电感电流进行了分析，推导出了变换器在整个动态范围内的最大电感电流，并将其与最小点燃电流相比较，作为判断该变换器内部本质安全的依据；推导出不同工作模式下Buck-Boost开关变换器在整个动态范围内的最大短路释放能量，得出该类变换器满足输出本质安全要求的判断条件。 根据输出纹波电压指标将最小输出电容值用电感表示出来，并通过令最大输出短路释放能量对电感的偏导数为零的方法，得出了在给定设计指标条件下使Buck-Boost变换器的最大输出短路释放能量最小的电感和电容设计参数。 以变换器在要求的输入电压和负载动态范围内
13、同时满足内部本质安全要求、输出本质安全要求和期望的输出电压纹波要求作为限制条件，得出了本质安全型Buck-Boost变换器电感和电容参数的设计范围。 运用PSPICE对理论分析进行了仿真验证；研制了Buck-Boost DC-DC变换器样机对理论推导进行了实验验证；运用火花试验装置对样机的本质安全性能进行了模拟测试；仿真、实验和测试结果论证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。文献4在RL-Ui平面上,根据电感取值的不同，将Buck-Boost变换器划分成4个工作区域。对变换器的输出短路释放能量进行了分析,指出Buck-Boost变换器的输出短路释放能量为短路后电源和电感向负载转移的能量与电容
14、的储能之和,且如果变换器在负载电阻最小和输入电压最低时处于连续导电模式(continuous conduction mode,CCM),则该时的输出短路释放能量就是变换器在其整个动态工作范围内的最大输出短路释放能量,将其与对应的最小引爆能量相比较作为变换器输出本质安全的判断依据。根据电气指标要求,得出了电感及输出滤波电容的最小设计值;以满足输出本质安全要求作为限制条件,得出了电感和电容的最大设计值。文献5根据电感电流最小值与输出电流的比较,将Buck-Boost变换器的能量传输模式(ETM)分为完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM和IISM的临界条件和临
15、界电感.将电感电流最小值与零和输出电流进行比较,得出Buck-Boost变换器存在三种工作模式,即CISM、不完全电感供能且连续导电模式(IISM-CCM)和不完全电感供能且不连续导电模式(IISM-DCM).推导出了变换器工作于三种模式时的输出纹波电压表示式,指出对于给定负载、电容和开关频率的Buck-Boost变换器,CISM的输出纹波电压最小且与电感无关,而IISM-CCM和IISM-DCM的输出纹文献6针对传统Buck-Boost输入输出电流断续的缺点，提出一种基于独立电感零纹波输入电流和输出电流连续的Buck-Boost变换器,详细分析了变换器的稳态工作原理。采用状态空间平均法,建立了变换器动态小信号模型,给出了小信号特征Matlab仿真波形。文献9讨论了实现全数字控制Boost-Buck DC/ DC 变换器的主电路拓扑结构、控制电路原理、软件控制方案。该变换器具有简单、实用、可靠的优点。DC-DC开关变换器的建模和分析时研究DC-DC开关变换器的拓扑结构和控制方法的基础。DC-DC开关变换器的
