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题目1—直流/直流升压电路分析与设计
电动汽车蓄电池充电器设计
一、 技术指标
输入电压：12-24 V，输出电压42 V，输出电压纹波<200 mV，负载电阻10 Ω，开关频率50 kHz。
二、 设计要求
1). 选择主电路的类型和相应的功率器件，并对功率器件进行设计；
2). 设计电压单闭环反馈补偿器；
3). 给出输出电压的仿真结果来验证你的设计： a)电阻由10 Ω跳变到5 Ω； b)输入电压由12V跳变到24 V。
三、设计方案分析
3.1、DC-DC升压变换器的工作原理
DC-DC功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来
分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的DC-DC变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的DC-DC变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等几种。下面主要讨论非隔离型升压式DC-DC变换器的工作原理。
图1（a）是升压式DC-DC变换器的主电路，它主要由功率开关管VT、储能电感L、滤波电容C和续流二极管VD组成。电路的工作原理是，当控制信号Vi为高电平时，开关管VT导通，能量从输入电
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源流入，储存于电感L中，由于VT导通时其饱和压降很小，所以二极管D反偏而截止，此时存储在滤波电容C中的能量释放给负载。当控制信号Vi为低电平时，开关管VT截止，由于电感L中的电流不能突变，它所产生的感应电势将阻止电流的减小，感应电势的极性是左负右正，使二极管D导通，此时存储在电感L中的能量经二极管D对滤波电容C充电，同时提供给负载。电路各点的工作波形如图1（b）。
图1 DC-DC升压式变换器电路及工作波形 3.2、DC-DC升压变换器输入、输出电压的关系
假定储能电感L充电回路的电阻很小，即时间常数很大，当开关管VT导通时，忽略管子的导通压降，通过电感L的电流近似是线性增加的。即：
iL?ILV?UI?tL，其中ILV是流过储能电感电流的最小值。
ILP?ILV?UI?TONL，
在开关管VT导通结束时，流过电感L的电流为：
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UI?TONLiL的增量为。在开关管VT关断时，续流二极管D导通，储能
电感L两端的电压为为：为
iL?ILP?uL?U0?UI?LdiLdt，所以流过储能电感L的电流
U0?UI?tL，当开关管VT截止结束时，流过电感L的电流
iL?ILV?ILP?U0?UIU0?UI?TOFF?TOFFLL ，iL的减少量为。在电路进
入稳态后，储能电感L中的电流在开关管导通期间的增量应等于在开
U?UIUI?TON?0?TOFFLL关管截止期间的减量，即，所以：U0?TTOFF?UI?T1T?UI??UIq?ONT?TON1?qT。可见改变占空比大，其中
小，就可以获得所需要的电压值，由于占空比总是小于1，所以输出电压总是大于输入电压。 3.3、DC-DC变换器稳压原理
通过输出电压的关系式可以看出，在输入电压或负载变化，要保证输出电压保持稳定时，可以采用两种方案。第一可以维持开关管的截止时间TOFF不变，通过改变脉冲的频率f来维持输出电压U0的稳定，这便是脉冲频率调制（PFM）控制方式DC-DC变换器；第二可以保持脉冲的周期T不变，通过改变开关管的导通时间TON，即脉冲的占空比q，以实现输出电压的稳定，这就是脉宽调制（PWM）控制方式DC-DC变换器。由于目前已经有各种型号的集成PWM控制器，所以DC-DC变换器普遍采用PWM控制方式。
图2是DC-DC升压稳压变换器的原理图，它主要有取样电路、比
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电力电子课程设计报告——直流-直流升压电路分析与设计电动汽车蓄电池充电器设计
