基于 UC3843 的 CCM 模式 Boost 变换器设计 △iL1= △iL2 ，且 D1+D2=1，所以： Uo/Ui=1/（1-D1 ） （4） 当 Boost 变换器工作在临界模式时，可得： ILmax= Ui LCRM ） （5） 由式（4），（5）可推得电路工作在 CCM 模式下的 D1T ， Io= 1 2 （1-D1 ILmax 临界电感值： D1 （1-D1 （6） LCRM= UoT 2Io 时，Boost 电路工作在 CCM；反之，则工 ）2 当 L>LCRM 作在电流断续模式（DCM）。 UC3843 具有电流反馈功能，脚 3 为电流检测输 入端，当电流检测电阻 Rs 两端电压超过 1 V 时，缩 小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态。所以 Boost 电路还要满足条件： Rs<1 （7） 2L ic+ UiD1T 为稳态时流过电感的最小电流，ic=i（KT）；η 为效率；P Uiη≥P ， ic+ UiD1T L 式中：ic 为输出功率；Rs 为电流采样电阻。 图 3 电源的输出功率和效率图 取电源内阻 Rr=0.1 Ω，负载电阻 RL=43 Ω。功率 开关管采用 MOS 管 IRF641，二极管采用 MUR110。 瞬态分析参数设为：开始时间为 10 ms，结束时间 为 10.3 ms，最小时间点数为 1000。 在电感为 L=30 μH 和 L=200 μH，采样电阻同 和 为 Rs=0.1 Ω，0.2 Ω，0.4 Ω 条件下，对输出功率 Po 电源效率 η 进行仿真。仿真结果如图 4 所示。 由式（7）可得： Rs≤[P/（Uiη）+UiD1T/（2L）]-1 4 设计的内容与方法 4.1 电感的设计 （8） 电感设计是变换器中较重要的一部分，主要是 选取铁心，计算绕组匝数，确定导线直径。由于电感 工作在高频下，铁心损耗大，所以选用装配方便、价 格便宜的铁氧体环形铁心。 由式（4），（6）可得临界电感值 LCRM=40 μH。考虑 到损耗，取 L=200 μH。 铁心尺寸计算式为： SQ= 2TsD1Po △BηKcKu j ×108≈0.7 cm4 （9） 式中：S 为铁心截面；Q 为窗口截面；Po 感摆幅；j 为导线电流密度；Kc Kc=1；Ku 为铜线在铁心中的占空系数。 为输出功率；△B 为磁 为铁心占空系数，铁氧体取 选 H25/15/10 型 LP3A 铁氧体铁心。根据厂商提 供的数据，计算匝数铁心的截面积和所需的电感值， 确定匝数 N= 4.2 电流采样电阻 Rs ≈10 匝。 阻值计算 L/AL姨 为获得要求的输出功率，电流采样电阻 Rs 阻值 要选择合适。阻值过大将使输出功率达不到性能要 求；阻值过小则会导致峰值电流过大，造成大的损 耗，还可能损坏元器件，由式（8）得 Rs≈0.26 Ω，取 Rs=0.2 Ω。 4.3 CCM 模式电路的仿真分析 为确保设计的准确性，减少硬件调试工作量，防 止调试中器件的损坏，在实际电路调试前，通过 Multisim 软件[3]模拟真实情况下开关电源的工作情 况，以确定元件选择的正确性。图 3 示出仿真电路。 图 4 电源的输出功率和效率 当 Boost 变换器处于 DCM 下，峰值电流较大， 增加了电路的损耗，降低了开关管的使用寿命。当 变换器工作在 CCM 下，峰值电流大大降低。比较两 和 η，可 种不同电感条件下各采样电阻值时的 Po 见200 μH 电感的电路性能优于 30 μH 的性能，相 同 Rs 略有提高，η 明显提升。同时亦可见， Rs=0.2 Ω 时，如所期望的，有较高的 Po。从而验证了 参数的正确性。 5 试验结果及结论 值下 Po 设定 Rs=0.2 Ω，L=200 μH，构造如图 3 所示的 两端压差 实验装置。使用示波器实测满载条件下 Rr 波形和输出电压波形，实验波形如图 5 所示。 图 5 实验波形 实际输入电流的平均值比仿真中的略大，这主 要由于实际电路损耗造成的，因而，电源实际的效率 低于仿真的电源效率，达到 82%。图 5b 示出满载时 的 Uo 较仿真时有下降且含有相 当大的纹波。这是由于在仿真中忽略了实际情况下 存在的 LC 器件等效损耗电阻（ESR）造成的。实际电 路中，电感存在一定的损耗电阻，输出 （ 页 ） 波形。由图可见，Uo 下转第 48 35 

第 第 44 44 2010 2010 卷第 卷第 年 年 期 期 1 1 月 月 1 1 R1=RA+RB 一般 RA=RB=RC ， R2=RB+RC ， R3=RA+RC ，因此相电阻为： Rs=[（R1+R2+R3 ）/3]/2 参数测量原理 2.3 磁链系数 Ψf 电力电子技术 电力电子技术 Power Electronics Power Electronics （14） （15） Vol.44， No.1 Vol.44， No.1 January，2010 January，2010 电机的反电动势以 A 相为例，其表达式为： eA=Ψf ωr=Ψf·2π f （16） 线电压为 3姨 倍相电压，因此可得磁链系数： uab Ψf= 2 3姨 π f 由式（17）可知，PMSM 加速到一定转速后测量三 相开路线电压及转子频率，即可计算磁链系数 Ψf。 3 实验结果 用实验验证上述理论分析的正确性。实验电机 为某品牌家用永磁同步空调压缩机，厂家提供参数 为：Rs=0.6 Ω，Ld=3.4 mH，Lq＝8 mH，25 ℃时磁链 Ψf= 0.123 V/rad。利用 TH2811A 型 LCR 数字电桥对实验 压缩机进行测量，获得的原始数据及计算获得的 Rs 和 Ld ，如表 1 所示。 ，Lq 表 1 测量原始数据和计算电机参数 电阻/Ω 测量项目 线电阻/电感 第 1 次 第 2 次 第 3 次 1.188 7 1.191 5 1.613 4 14.150 7.191 0 12.989 1.231 1 1.192 6 1.186 3 14.09 3 7.206 0 12.895 1.230 8 1.191 1 1.187 8 14.155 7.206 0 12.980 R1 R2 R3 L1 L2 L3 电感/mH Rs/Ω Ld/mH 0.602 3.57 0.602 3.58 0.666 3.57 7.87 7.82 7.87 Lq/mH 对表 1 中的 3 次计算结果取平均值，可得电阻 Rs=0.62 Ω，电感 Ld=3.57 mH，Lq=7.85 mH。测量数据 与厂家提供参数相比，误差小于 5％，从而证明了理 论推导的正确性。 （17） 图 5 停机时线电压波形 表 2 磁链系数计算表 波形 第 1 周 第 2 周 第 3 周 第 4 周 第 5 周 第 6 周 94.0 135 87.4 120 78.1 109 70.0 95.3 56.6 79.7 45.2 70 f/Hz Up /V Ψf / （V/rad） 0.132 0 0.126 1 0.128 2 0.125 0 0.129 5 0.142 2 根据表 2 计算平均的磁链系数，由于第一个和 受惯性及测量误差影响较大，故不 最后一个峰值 Up 采用。平均后得到测量磁链为 Ψf=0.127 2 V/rad。 4 结 论 提出了永磁同步电机 d，q 轴电感参数、相电阻 参数和磁链参数测量方法，忽略电机永磁转子的当 前位置，无需增加额外测量电路或控制算法，具有理 论清晰、测量简单、通用性强，测量准确性高等特点。 实验数据证明该理论推导正确，测量结果准确。 参考文献 [1] 尚 静，邹继明，孙立志.异步起动稀土永磁同步电机电 抗参数准确计算[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37（1）： 120-122. [2] 陈 荣，邓智泉，刘日宝，等.基于磁场定向控制的永磁同 步电机参数测量[J].河海大学学报（自然科学版），2004， 32（6）：585-588. [3] 赵 莉，郭秋鉴，赵 峰.内嵌式永磁同步电动机电感参 数辨识[J].微电机，2008，41（10）：35-38. [4] 姜代维，魏红军.稀土永磁同步电机参数测试系统的研究[J]. 将 PMSM 空载运转到 50～60 r·min-1，用示波器 捕获停机时的线电压波形，如图 5 所示。根据式（17） 计算得到磁链系数如表 2 所示。 姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨 表明，所设计的 Boost 变换器完全满足性能要求。 [5] 汤蕴璆，张奕黄，范 瑜．交流电机动态分析[M]．北京：机 沈阳工业大学学报，2003，25（4）：991-993. 械工业出版社，2005． 35 页 上接第 ）端的电容存在寄生参数。Uo 是电容两 （ 端 充 电 电 压 与 随 时间 而 下 降 的 电 感 释 能 电 流 在 ESR 上形成的压降之和，从而产生较大的纹波幅 度。等效损耗电阻值除了依赖于电容的容量值和电 路的工作频率外，还与温度有关。如果 ESR 较大， 增大。通常选用较小的电 则会使输出电压纹波 △uo 容来改善 △uo [4]。通过对 Boost 变换器工作在 CCM 下 的电路分析，建立了 CCM 下 Boost 变换器的模型， 研究了 CCM 条件，并利用 Multisim 仿真软件构造了 仿真电路对所得参数进行模拟仿真。实际电路测试 48 参考文献 [1] 谢晔源，钱照明，彭方正.UC3842 控制芯片在反激电源上 的新用法[J].电力电子技术，2005，39（3）：98-99. [2] 刘凤君.现代高频开关电源技术及应用[M].北京：电子工 业出版社，2004. [3] 王冠华.Multisim10 电路设计及应用[M].北京：国防工业 出版社，2008. [4] 何一卿，张源梁，盛海明.一种实用的 Boost 电源的仿真 与设计[J].仪表技术，2008，9（4）：62-64．