光伏電子線路分析與設(shè)計(jì)6.3 BUCK-BOOST電路分析與制作

1、本次課標(biāo)題：BUCK-BOOST電路分析與制作授課班級光伏上課時(shí)間4課時(shí)上課地點(diǎn)理工南211教學(xué)目標(biāo)能力(技能)目標(biāo)能分析超級電容器特性;能計(jì)算超級電容器容量；能在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用超級電容器;(a)測試電路(b)函數(shù)發(fā)生器信號(b)輸出波形知識目標(biāo)單體電池的串聯(lián)特性;單體電池的并聯(lián)特性;單體電池串并聯(lián)輸出特性;【案例引導(dǎo)測試電路如下圖69示，調(diào)整函數(shù)發(fā)生器的占空比，測量輸入與輸出關(guān)系。能力訓(xùn)練任務(wù)及案例圖6.9BUCK-BOOST電路(multisim)【項(xiàng)目任務(wù)】制作一個BUCK-BOOST,使其輸出達(dá)到某電壓值的穩(wěn)定輸出?！绢A(yù)習(xí)練習(xí)】BuckBoost變換器是輸出電壓町低于或高于輸入電壓的

2、一種單管直流變換器。VDBuckBoost變換器輸入電壓、輸出電壓、占空比之間關(guān)系為：=一。V.1D、,【信息單】一、BuckBoost直流斬波電路的基本原理BuckBoost變換器是輸出電壓可低于或高于輸入電壓的一種單管直流變換器,其電路如圖6.10。與Buck和Eoost電路不同的是，電感Lf在中間，不在輸出端也不在輸入端，且輸出電壓極性與輸入電壓相反。開關(guān)管也采用PWM控制方式。BuckBoost變換器也有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式，此處以電感電流在連續(xù)狀態(tài)下的工作模式。圖6.11是電感電流連續(xù)時(shí)的主要波形。圖6.12是BuckBoost變換器在不同工作模態(tài)下的等效電路圖。電感電流連

3、續(xù)工作時(shí)，有兩種工作模態(tài)，圖6.12(a)的開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)的工作模態(tài)，圖6.12(b)是開關(guān)管0關(guān)斷、D續(xù)流時(shí)的工作模態(tài)。o(a)0導(dǎo)通(b)0關(guān)斷，D續(xù)流圖6.12BuckBoost不同開關(guān)模態(tài)下等效電路圖2.4Q導(dǎo)通圖2.5Q關(guān)斷圖2.6Q關(guān)斷時(shí)電感電流降到0電感電流連續(xù)工作原理和基本關(guān)系電感電流連續(xù)工作時(shí)，BuckBoost變換器有開關(guān)管Q導(dǎo)通和開關(guān)管Q關(guān)斷兩種工作模態(tài)。1在開關(guān)模態(tài)1O-U：匸0時(shí)，0導(dǎo)通，電源電壓加載電感“上，電感電流線性增長，二極管D截止,負(fù)載電流由電容G提供:RldC虬fdt(5-12)匸B時(shí)，電感電流增加到最人值0關(guān)斷。在0導(dǎo)通期間電感電流增加量(5-13)2在

4、開關(guān)模態(tài)2匕7:t=tn時(shí)，0關(guān)斷，D續(xù)流，電感Q貯能轉(zhuǎn)為負(fù)載功率并給電容G充電，6在輸出電壓作用下下降:diL心7(5-14)匚y化+C化+匕dtfdtRU)(5-15)匸了時(shí)，匚見到最小值i丄,在心嚴(yán)T期間減小量為:VV=一D、)T(5-15)此后，0又導(dǎo)通，轉(zhuǎn)入下一工作周期。由此可見，Buck-Boost變換器的能量轉(zhuǎn)換有兩個過程：第一個過程是0開通電感貯能的過程，第二個是電感能量向負(fù)載和電容G轉(zhuǎn)移的過程。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，0導(dǎo)通期間G的增長量應(yīng)等于0關(guān)斷期間的減小量，或作用在電感Lf上電壓的伏秒而枳為零，有：(5-16)匕_2匕12由公式，若嚴(yán)05,則K=V/W：若Dv0.5,則K0.5,匕

5、。設(shè)變(5-17)換器沒有損耗,則輸入電流平均值I：和輸出電流平均值Io之比為I。12開關(guān)管0截止時(shí)，加于集電極和發(fā)射極間電壓為輸入電壓和輸出電壓之和，這也是二極管D截止時(shí)所承受的電壓(5-18)u=1/=V+V=-=匕“Dm1-DD由圖6.12可見，電感電流平均值等于0和D導(dǎo)通期間流過的電流平均值和之和,即：(5-19)_J+/-2Vi,tDLff(5-20)負(fù)載電流人等于流過二極管D電流的平均值/少即在匸“T期間電感電流的平均值電感電流最大值匚和最小值匚.為:nnxmin0訃+丸訃+金嚴(yán)iL=IL-A/；=IL一一.gLf2ff2L(f開關(guān)管Q和二極管D電流的最人值0甘咗等于電感電流最大值

6、;=iD=iL=1,+丄/；=L+_L.(i_q)03DxmxLfgLf2LfID2Lf、Q導(dǎo)通期間，電容G電壓的變化量即輸出電壓脈動匕由Q導(dǎo)通期間C,放電量Qc.=IQT計(jì)算,因還=5匕，故(5-21)案例分析BuckBoost變換器設(shè)計(jì)指標(biāo)為：輸入電壓匕：直流100V；輸出電壓匕：直流48V；(3)輸出功率巴：500Wo設(shè)定IGET的開關(guān)頻率/為100kHz,電感電流紋波耳為電感電流平均值6的5%,輸出電壓紋波V為輸出電壓匕的2%。輸出端電阻為:RU)=4.608QUPo輸出端電流為:=10.424Rld由式得占空比為:Dx=V=0.324y匕+匕由式得輸入電流為:由式得開關(guān)管Q截止時(shí)承受

7、電壓，二極管D截止時(shí)承受電壓為:t/=-=148VD、由式得電感電流平均值為:電感電流和輸出電壓紋波分別為:&廠5%J=0.77AAV=2%匕=0.96V得電感電流最大值和最小值分別為：L=L+-Ml=15.804切g(shù)Lf2LfiL=L-Ae=15.034mmLf2f得通過開關(guān)管Q和二極管D的電流最大值為：in=in=l=/,+-Al=15.804Umxaux/maxj得電感人小為:L,=Dy=o.42mHz%f得電容人小為:以此，開關(guān)管0：開關(guān)頻率100kHz,截止時(shí)承受電壓148V,流過最大電流16.50A；二極管D截止時(shí)承受電壓148V,流過最大電流16.50A；電感厶”：人小0.421

8、11H,流過電流最犬值16.50A；電容Cf:大小36pF,承受電壓最人值48.52V；電阻RU）：人小4.60。aZAV-/=3519“F【訓(xùn)練與提高】有一太陽能系統(tǒng)，由于受光照強(qiáng)度影響，電壓會在8V-16V之間改變，卞列利用BUCK-BOOST電路，制作一個12V穩(wěn)定輸出的直流升降壓電路?！菊n后思考題】簡述BuckBoost直流斬波電路的基本原理。廖東進(jìn)光伏發(fā)電系統(tǒng)集成與設(shè)計(jì).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2013王長貴太陽能光伏發(fā)電使用技術(shù).北京化學(xué)工業(yè)出版社.2010李鐘實(shí)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與維護(hù)北京.人民郵電出版tt.2010二教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動時(shí)間分配告知（教簡述、設(shè)問多媒體、課件問題回答8分鐘電池方陣的排學(xué)內(nèi)容、序目的）引入如何進(jìn)行電池其他應(yīng)用（設(shè)多媒體、課件明確任12分鐘方陣串并聯(lián)，問）務(wù)，回答考慮因素是什問題么？子項(xiàng)目1超級電容容量計(jì)算行動導(dǎo)向卡紙法、操作小組討論回答40分鐘小組練超級電容容量教師講述與學(xué)多媒體課件、提問10習(xí)與總計(jì)算的方法和生總結(jié)相結(jié)合結(jié)步驟子項(xiàng)目超級電容電路行動導(dǎo)向卡紙法小組討論202案例實(shí)施回答小組練電路測試與調(diào)教師講述與學(xué)卡紙法、多媒討論60習(xí)與總試生總結(jié)相結(jié)合體課件結(jié)歸納總超級電容的應(yīng)教師講述與學(xué)多媒體對提交答15分鐘結(jié)用