光伏电子线路分析与设计6.3 BUCK-BOOST电路分析与制作

1、本次课标题：BUCK-BOOST电路分析与制作授课班级光伏上课时间4课时上课地点理工南211教学目标能力(技能)目标能分析超级电容器特性;能计算超级电容器容量；能在光伏发电系统应用超级电容器;(a)测试电路(b)函数发生器信号(b)输出波形知识目标单体电池的串联特性;单体电池的并联特性;单体电池串并联输出特性;【案例引导测试电路如下图69示，调整函数发生器的占空比，测量输入与输出关系。能力训练任务及案例图6.9BUCK-BOOST电路(multisim)【项目任务】制作一个BUCK-BOOST,使其输出达到某电压值的稳定输出。【预习练习】BuckBoost变换器是输出电压町低于或高于输入电压的

2、一种单管直流变换器。VDBuckBoost变换器输入电压、输出电压、占空比之间关系为：=一。V.1D、,【信息单】一、BuckBoost直流斩波电路的基本原理BuckBoost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器,其电路如图6.10。与Buck和Eoost电路不同的是，电感Lf在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM控制方式。BuckBoost变换器也有电感电流连续和断续两种工作方式，此处以电感电流在连续状态下的工作模式。图6.11是电感电流连续时的主要波形。图6.12是BuckBoost变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连

3、续工作时，有两种工作模态，图6.12(a)的开关管Q导通时的工作模态，图6.12(b)是开关管0关断、D续流时的工作模态。o(a)0导通(b)0关断，D续流图6.12BuckBoost不同开关模态下等效电路图2.4Q导通图2.5Q关断图2.6Q关断时电感电流降到0电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，BuckBoost变换器有开关管Q导通和开关管Q关断两种工作模态。1在开关模态1O-U：匸0时，0导通，电源电压加载电感“上，电感电流线性增长，二极管D截止,负载电流由电容G提供:RldC虬fdt(5-12)匸B时，电感电流增加到最人值0关断。在0导通期间电感电流增加量(5-13)2在

4、开关模态2匕7:t=tn时，0关断，D续流，电感Q贮能转为负载功率并给电容G充电，6在输出电压作用下下降:diL心7(5-14)匚y化+C化+匕dtfdtRU)(5-15)匸了时，匚见到最小值i丄,在心严T期间减小量为:VV=一D、)T(5-15)此后，0又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck-Boost变换器的能量转换有两个过程：第一个过程是0开通电感贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容G转移的过程。稳态工作时，0导通期间G的增长量应等于0关断期间的减小量，或作用在电感Lf上电压的伏秒而枳为零，有：(5-16)匕_2匕12由公式，若严05,则K=V/W：若Dv0.5,则K0.5,匕

5、。设变(5-17)换器没有损耗,则输入电流平均值I：和输出电流平均值Io之比为I。12开关管0截止时，加于集电极和发射极间电压为输入电压和输出电压之和，这也是二极管D截止时所承受的电压(5-18)u=1/=V+V=-=匕“Dm1-DD由图6.12可见，电感电流平均值等于0和D导通期间流过的电流平均值和之和,即：(5-19)_J+/-2Vi,tDLff(5-20)负载电流人等于流过二极管D电流的平均值/少即在匸“T期间电感电流的平均值电感电流最大值匚和最小值匚.为:nnxmin0讣+丸讣+金严iL=IL-A/；=IL一一.gLf2ff2L(f开关管Q和二极管D电流的最人值0甘咗等于电感电流最大值

6、;=iD=iL=1,+丄/；=L+_L.(i_q)03DxmxLfgLf2LfID2Lf、Q导通期间，电容G电压的变化量即输出电压脉动匕由Q导通期间C,放电量Qc.=IQT计算,因还=5匕，故(5-21)案例分析BuckBoost变换器设计指标为：输入电压匕：直流100V；输出电压匕：直流48V；(3)输出功率巴：500Wo设定IGET的开关频率/为100kHz,电感电流纹波耳为电感电流平均值6的5%,输出电压纹波V为输出电压匕的2%。输出端电阻为:RU)=4.608QUPo输出端电流为:=10.424Rld由式得占空比为:Dx=V=0.324y匕+匕由式得输入电流为:由式得开关管Q截止时承受

7、电压，二极管D截止时承受电压为:t/=-=148VD、由式得电感电流平均值为:电感电流和输出电压纹波分别为:&厂5%J=0.77AAV=2%匕=0.96V得电感电流最大值和最小值分别为：L=L+-Ml=15.804切gLf2LfiL=L-Ae=15.034mmLf2f得通过开关管Q和二极管D的电流最大值为：in=in=l=/,+-Al=15.804Umxaux/maxj得电感人小为:L,=Dy=o.42mHz%f得电容人小为:以此，开关管0：开关频率100kHz,截止时承受电压148V,流过最大电流16.50A；二极管D截止时承受电压148V,流过最大电流16.50A；电感厶”：人小0.421

8、11H,流过电流最犬值16.50A；电容Cf:大小36pF,承受电压最人值48.52V；电阻RU）：人小4.60。aZAV-/=3519“F【训练与提高】有一太阳能系统，由于受光照强度影响，电压会在8V-16V之间改变，卞列利用BUCK-BOOST电路，制作一个12V稳定输出的直流升降压电路。【课后思考题】简述BuckBoost直流斩波电路的基本原理。廖东进光伏发电系统集成与设计.北京.化学工业出版社.2013王长贵太阳能光伏发电使用技术.北京化学工业出版社.2010李钟实太阳能光伏发电系统设计施工与维护北京.人民邮电出版tt.2010二教学设计步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配告知（教简述、设问多媒体、课件问题回答8分钟电池方阵的排学内容、序目的）引入如何进行电池其他应用（设多媒体、课件明确任12分钟方阵串并联，问）务，回答考虑因素是什问题么？子项目1超级电容容量计算行动导向卡纸法、操作小组讨论回答40分钟小组练超级电容容量教师讲述与学多媒体课件、提问10习与总计算的方法和生总结相结合结步骤子项目超级电容电路行动导向卡纸法小组讨论202案例实施回答小组练电路测试与调教师讲述与学卡纸法、多媒讨论60习与总试生总结相结合体课件结归纳总超级电容的应教师讲述与学多媒体对提交答15分钟结用