光伏發電系統前級DC變換器的研究目錄TOC\o"1-2"\h\u112121緒論 1222731.1課題研究背景及意義 1228501.2光伏發電系統的分類與組成 276671.3光伏發電系統中DC/DC變換器應用的場合 4155831.4本論文內容簡介 7276472光伏發電系統中DC/DC變換器 7200452.1非隔離型高增益DC/DC變換器 7143252.2隔離型高增益DC/DC變換器 11236822.3本章小結 1497213光伏發電系統前級DC/DC變換器研究 15266063.1Boost電路原理框圖總體介紹 15153493.2升壓電路各部分框圖介紹 16213413.3電路原理圖設計并繪制 19284464AltiumDesigner版圖設計 21247304.1版圖繪制簡介 21158344.2PCB版圖 22207863.5第3、4章小結 2354554總結與展望 231緒論1.1課題研究背景及意義隨著經濟全球化進程的加快和現代工業的飛速發展，工業已成為支撐全球各大國經濟發展的重要推動力，與此同時，世界范圍內的環境污染已成為當今世界的一個熱點話題，嚴重影響著人類的可持續發展。因此，加快發展清潔高效的能源已成為當務之急。太陽能是人類賴以生存和發展的最基本的能源，幾乎所有人類賴以生存的自然資源都與太陽能密切相關。從現代科技的角度看，太陽能的開發與利用可以決定人類未來的生活方式，太陽能作為新能源的轉換，以其發電過程中無污染，維護簡單等優點，越來越成為國內外高度重視的技術發展方向。太陽能資源開發利用優勢有：1.免費：太陽能的能源利用可以免費獲得，通過安裝和設計熱能轉換或是光能轉換裝置，太陽能就可以轉化為供人類生產生活使用的電能。2.豐富：太陽能作為取之不盡、用之不竭的自然能源，在地球上，可用輻射的太陽能非常大，高達17.3000萬太瓦，這相當于每秒鐘獲得500萬噸燃煤的有效能量，這可以無時無刻的為人類的生產和發展提供源源不斷的動力。3.清潔：太陽能作為一種自然資源，在使用過程中不會產生任何污染，也不會排放二氧化碳，它是一種非常清潔的能源，它只需要通過裝置將太陽能轉化為電能。4.耐用：太陽能電池具有更長的使用壽命和更持久的使用特性，使用壽命高達30年。在此期間，只要定時對太陽能電池進行簡單的維護，它就能夠滿足人類對電能轉化的需要。5.高效：雖然目前光伏轉換效率只能達到25%，但理論上功率轉換效率可以達到80%。在未來，一旦材料和技術水平提高，太陽能發電就將成為一種非常有效的能源生產技術；另一方面，隨著各個模塊的集成和生產工藝的改進，光伏發電系統的安裝越來越方便，無需大規模的人力投入既可完成分布式發電。在光伏發電系統中，DC/DC變換器是連接光伏電池和公共電網重要的中間環節，它對光伏發電系統的正常、穩定、高效的運行起著決定性作用，如何提高DC/DC變換器的性能是一個重要的研究方向。因此，本文將對DC/DC變換器進行總結和研究，設計出滿足本文要求的應用于DC/DC變換器的升壓電路。1.2光伏發電系統的分類與組成一個完整的光伏發電系統由幾個部分組成，主要包括光伏板或光伏陣列、逆變器，同時還包括例如追蹤支架、控制器、電網等組件。光伏發電系統需要對光伏面板的工作狀態進行檢測和控制，并且可以有效利用光伏面板的輸出電能。太陽能光伏發電系統在不同的應用場合有不同的形式。我們當今主要將其分為獨立光伏發電系統和并網光伏發電系統這兩大系統模式。1.獨立光伏發電系統獨立光伏發電系統在性質上屬于孤立的發電系統，主要應用于交通不便的偏遠山區。這種獨立光伏發電系統可以通過太陽電池將接收到的太陽輻射能直接轉換成電能，這種電能還可以直接提供給負載，多余的能量還可以儲存在蓄電池中，在日后供需要時使用。但是這種系統一般很難滿足大范圍的電力需求，所以特別適用于電網難以覆蓋的偏遠地區，以及通信基站、太陽能照射系統等需要靈活部署或者需要提供持久供電保障的場合。獨立光伏發電系統又由兩個部分組成——家用光伏系統和獨立光伏電站：①家用光伏系統：戶用光伏系統的主要組成如圖1.1所示。此系統技術簡單，成本低，對供電是否可靠和穩定性是否高要求不大。②獨立光伏電站：獨立光伏電站是指面向區域型用戶服務的可以提供供電服務的光伏發電系統，容量通常相對家用光伏系統較大。獨立電站由太陽電池陣列、蓄電池、變換器、能量管理器、配電和輸電系統組成區域電網，獨立光伏電站系統框圖如圖1.2所示。圖1.1戶用光伏系統框圖圖1.2獨立光伏電站系統框圖并網光伏發電系統并網光伏發電系統是將太陽能電池陣列產生的直流電通過逆變器的轉化后將其轉化為與電網電壓相一致的交流電，這樣得到的交流電就可以實現與電網的連接，并且向電網供電。并網光伏發電系統是未來太陽能光伏技術的發展方向。與獨立的光伏電站相比，并網光伏發電系統具有很多優點：①太陽能電池可以始終運行在最大功率點處，這樣，大大提高了光伏系統利用效率。②電網可以充當此系統的儲能裝置，這樣就不需要蓄電池進行儲能，通過電網儲能的辦法，除了降低了光伏系統建設初始投資外，它還可以減少電池充放電時的功率損耗，從而消除與電池本身相關的運行維護成本。并網光伏發電系統主要是由光伏陣列、變換器、控制器三個部分組成。這三個獨特的組成部分有著不同的功能劃分。光伏陣列可以產生后面模塊相關的直流電流，直流電流通過變換器的轉換從而變換成正弦電流接入電網。該控制器可以根據系統的工作情況監測系統實時的最大功率點，并且實時調整電網的功率和運行狀態，具體操作流程如下圖1.3。圖1.3光伏并網系統框圖1.3光伏發電系統中DC/DC變換器應用的場合1.3.1聯網逆變器圖1.4聯網逆變系統結構聯網光伏發電系統的核心部件為聯網逆變器。它不僅可以完成DC-AC變換，還可以實現對交流電電壓、頻率、相位的控制。聯網逆變器結構主要有三種:無變壓器模式、電網頻率變壓器絕緣模式和高頻變壓器絕緣模式。圖1.4為無變壓器模式結構圖。其中DC/DC變換器部分沒有預置變壓器，所以沒有隔離功能，它只能把太陽能電池的輸出直流電壓提高到并網逆變器所需的直流電壓，通過這種辦法可以使逆變器產生電網頻率的交流電。這種聯網逆變器體積小，重量輕，功率密度高。這種方法還兼備成本低，效率高、可靠性高的優點，但受系統功率低的影響，這種方法最終很難獲得高增益。1.3.2離網逆變器離網逆變器結構如圖1.5所示，通過DC/DC變換器可以得到將太陽能電池輸出的直流電壓升高至的逆變器需要的直流電壓，然后利用逆變器產生的交流電符合電網頻率。其中，電能儲存在蓄電池中。當此太陽能電池遇到夜間、陰雨天等無力或出力不足的情況時，先前充滿的蓄電池就可以直接向負載供電。該系統獨立于公共電網運行，最大的優點就是當電網斷電時，系統照常工作。圖1.5離網逆變系統結構1.3.3光伏水泵系統光伏水泵系統是離網光伏發電系統中的一個特殊分支，將帶有水泵的光伏發電系統稱之為光伏水泵系統，它一般可以用于大多無電地區的基民人蓄用水、農田灌溉等領域。系統的基本工作原理是:首先利用太陽能光伏電池陣列將太陽能直接轉化為電能，第二步再通過控制器驅動電機帶動光伏水泵運行。系統主要由太陽能電池陣列、控制器、電機和光伏水泵組成。光伏水泵系統結構如下圖1.6。圖1.6光伏水泵系統結構在大功率的直流光伏系統中，為了能采用小功率下的控制器，一般采用“矩陣”式的系統結構，如圖1.7所示。太陽能電池和DC/DC變換器作為一個子系統，根據不同功率等級的直流電動機，若干子系統組合而成。圖1.7大功率直流光伏水泵系統結構這種系統有以下優點:①不同的功率等級下，可以使用同一種DC/DC變換器;②各個子系統相互獨立，局部的故障不影響整體工作;③各子系統均能使各自太陽能電池工作在最大輸出功率點，整個系統的效率得以提高;④輕載下可以限制輸出電壓以防止直流電動機過高的轉速。1.4本論文內容簡介本文第一章介紹了課題研究背景及意義和光伏發電領域中DC/DC變換器應用場合，第二章將介紹隔離型DC/DC變換器與非隔離型DC/DC變換器，并最終選定用Boost升壓電路，在第三章首先給出升壓電路的各部分原理框圖，然后根據原理框圖用AltiumDesigner軟件搭建仿真電路原理圖，在本文第四章會首先介紹如何用AltiumDesigner繪制PCB版圖，然后給出用上述辦法得到的本文設計的Boost升壓電路的PCB版圖，最終實現理論與實際的結合。2光伏發電系統中DC/DC變換器光伏發電系統中的DC/DC變換器按照類型可以分為兩類：非隔離型DC/DC變換器和隔離型DC/DC變換器。本章將詳細介紹多種DC/DC變換器，并最終確定的變換器類型。2.1非隔離型高增益DC/DC變換器2.1.1基本斬波電路本段將詳細介紹應用于光伏發電系統中的降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck—Boost)、庫克(Cuk)四種基本斬波電路的結構，闡述各基本電路的特點和在光伏發電系統中的應用場合。實際上，本文的設計時應用于升壓的DC/DC變換器，出于操作簡單、實用性強的原因，最終選用的是Boost升壓電路。圖2.1顯示了上述四個簡單基本斬波電路的拓撲結構。在光伏發電系統中，這四種基本電路廣泛應用于太陽能電池的最大功率點跟蹤、蓄電池充電和光伏直流電機控制的水泵系統、離網光伏發電系統中的直流光伏照明、光伏直流輸電系統等，具有結構簡單、效率高、易于控制等優點。但各自的缺點也顯而易見:Buck電路只能局限于降壓輸出的場合;Boost電路與Buck電路互補，它只能實現太陽能電池輸出電壓升高變換，同時需要有合適的開關控制以免使輸出電壓升壓過高;雖然Buck-Boost電路可以得到較寬的輸出電壓范圍，但增加了開關管電壓應力;Cuk電路同樣增加了開關管的電壓應力，同時由于其采用電容傳送能量，增大了電容本身的紋波電流而降低了系統的可靠性。圖2.1四種斬波電路結構2.1.2Boost基本知識本文在設計應用于DC/DC變換器時，選用的是簡單電路Boost電路，所以在此將Boost電路一些基礎知識加以說明。假定Boost電路中開關已經經過了長時間的關斷，所有的元件都處于理想狀態，電容電壓等于輸入電壓，圖2.2為基本Boost電路圖。在分析升壓斬波電路工作原理時，首先我們假設電路中電感L值很大，電容C值也很大。當可控開關V處于導通狀態時，電源E對電感L充電，充電電流在I1處基本能保持恒定，同時電容C上的電壓向負載供電。由于C值很大，輸出電壓Uo基本能保持為恒值，記為Uo。設V在ton時間處于通態狀態，當V處于斷開狀態時，E和L共同向電容C充電并向負載供電。設V在toff時間處于關斷狀態，則在此期間由電感L釋放的能量為(Uo-E)I1toff。當電路工作在穩定狀態時，電感L在一個周期T中積蓄的能量與釋放的能量相等，下面對Boost電路充電和放電兩個工作階段來進行說明：充電：在充電過程中，開關\t"/item/boost%E5%8D%87%E5%8E%8B%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"閉合（\t"/item/boost%E5%8D%87%E5%8E%8B%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"三極管導通），開關可以看作一根導線。此時，輸入電壓流過電感L。二極管可以防止電容對地\t"/item/boost%E5%8D%87%E5%8E%8B%E7%94%B5%E8%B7%AF/_blank"放電。由于輸入電流是直流的，電感上的電流會以一定的比例線性增加，這個比例跟電感尺寸相關。隨著電感L電流的增加，一些能量就會被儲存在電感中。放電：當開關斷開（三極管截止）時，由于電感的電流保持特性，流經電感的電流不會馬上變為0，而是從充電完畢時開始緩慢的變為0。但是由于原來的電路已經斷開，因此電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，這種情況下電容兩端電壓會升高，此時電壓已經高于輸入電壓了，電容升壓完畢。圖2.2基本Boost電路圖2.1.3基本型三電平斬波電路簡介與優點上節討論的四種基本斬波電路在其開關管開通關斷過程中所受的電壓應力為輸入或輸出電壓的一倍到幾倍。在高輸入的中大功率光伏發電系統中，高壓應力會帶來開關管選擇的難度，這樣做也會降低系統的可靠性.為了解決這個問題，出現了四種基本型三電平斬波電路，其電路結構如圖2.3所示。其中Buck和Buck-Boost電路仍需要電容C1、C2來保證太陽能電池能夠輸出連續的電流，這樣可以實現發電功率的較小損失。在各電路嵌入快恢復二極管,開關管的電壓應力可以降低到每個二電平電路中開關管電壓應力的一半。圖2.3三電平斬波電路結構2.1.4基本型軟開關斬波電路1、采用軟開關技術的必要性隨著光伏發電系統技術的發展，人們對電力電子裝置小型化、輕量化、轉換效率和電磁兼容性提出了更高的要求。在DC/DC變換器中，通常占很大的比例的都是濾波電感、電容和變壓器等無源元件的體積和重量，為了實現小型化、輕量化的發展，我們必須設法降低它們的體積和重量，達到小型化、輕量化的目的。由電磁感應定律U=4.44fNAeBm可知:在線圈端電壓U相等，磁通密度Bm相等的情況下，提高工作頻率f便可以減少磁性元件的匝數N和其有效截面積A，從而能使整個器件實現小型化的目的。但單純的提高開關頻率會導致開關損耗成比例的增加所謂“軟開關”是指:利用諧振原理，在電路中增加小的感、電容等諧振元件,形成輔助換流網絡，使開關管中的電流或電壓按照正弦或準正弦規律進行變化。當開關管電流自然過零時,自然關斷開關，或當開關管電壓為零時自然導通開關，或者在開關管上并聯有源或無源吸收網絡,利用吸收網絡，達到減小開關損耗的目的。在實際電路中,簡單的吸收網絡會導致電路出現總損耗增加、關斷過電壓等負面影響.因此必須將其與附加輔助網絡配合使用。但無論在什么情況下，軟開關電路都可以消除開關管開關過程中的電壓、電流的重疊問題,通過這種方式降低它們的變化率,大大減小甚至消除開關損耗和開關噪聲。從而為電路實現工作頻率大大提高的可行性提供了可能,這樣就可以達到實現器件的小型化、輕量化的目的。2、基本型軟開關斬波電路結構圖2.4為四種基本型零開關PWM斬波電路。其中(a)ZVZCSBuck、(b)ZVZCSBoost、(c)ZVZCSBuck-Boost電路沒有輔助開關，(d)電路ZVSCuk中存在輔助開關管S2，在一個周期中，S2可以控制電路時，這樣使得在主開關管S1關斷期間能夠適時導通、關斷。圖2.4軟開關PWM斬波電路在上圖2.4中，基本型零開關PWM斬波電路具有以下優點:①(a)、(b)、(e)所示電路能夠實現由S1控制下的，開通ZCS和關斷的ZVS，(d)電路可以實現由S1、S2控制下的ZVS開通和關斷;②(a)、(b)、(c)電路沒有輔助開關，這使得控制更加簡單，(d)中電路雖然麻煩但是可以實現ZVS、輸入電壓、負載變化范圍在一個較寬的范圍內變化。但上圖2.4斬波電路中諧振元件串聯在主電路上,這將會大大影響系統效率，同時(a)、(b)、(c)中輸入電壓和輸出電流的大范圍變化將影響ZVZCS的實現狀態,(d)中輔助開關也增加了控制難度。2.2隔離型高增益DC/DC變換器上節討論的斬波電路雖然可以完成變換直流電壓的功能，但在實際應用中還存在著功率轉換功能上的局限與不足。這具體體現在:①一部分電路輸入輸出不能公共接地;②輸入輸出不能有效隔離;③輸入/輸出電壓比、電流比不宜過大;④理論上不能實現多路輸出。為克服以上局限以及滿足系統設計要求，這就需要我們在電路中引入變壓器，本節下面將總結幾種基本隔離型DC/DC變換器并詳細介紹了全橋DC/DC變換器及其控制方式。2.2.1基本隔離型DC/DC變換器本小節將介紹四種基本隔離型DC/DC變換器電路的基本特點，同時簡單介紹他們在光伏發電系統中的應用場合。圖2.5為反激(Flyback)、正激(Forward)、推挽(push-pull)、半橋(Half-bridge)四種最基本隔離型DC/DC變換器電路結構。從圖中可以看出，必須在輸入側并聯電容，才能達到太陽能電池連續的輸出電流從而不損失發電功率的目的。電流連續模式時各個電路的基本特點和主要關系式以及應用場合如如表2-1所示:圖2.5四種基本隔離型DC/DC變換器電路結構電路類型輸出/輸入電壓V0/Vs開關管耐壓值優點缺點功率達到的范圍應用場合反激N2ton/N1toffVs+N1V0/N2電路簡單，可靠性高利用率低要加氣隙幾W~幾十W系統供電電源等正激N2ton/N1TVs（1+N1/N3）電路簡單。可靠性高利用率低要加磁復位繞組幾百W~幾千W系統供電電源、蓄電池控制器等推娩2N2ton/N1T2Vs通態損耗低有偏磁問題幾百W~幾千W直流光伏輸電、太陽能控制器等半橋N2ton/N1TVs開關管耐壓低，結構簡單驅動復雜幾百W~幾千WACModule、高電壓輸出太陽能系統電壓匹配等表2.1四種基本隔離型DC/DC變換器電路比較2.2.2全橋DC/DC變換器全橋DC/DC變換器常應用于交流模塊、直流光伏輸電線路、逆變器和負載之間的電壓匹配變換、電池充電器等大功率光伏發電系統中。與單端或半橋變換器相比，它具有如開關器件電壓電流應力低，變壓器利用率高等一系列明顯的優點。但同時它也是一項非常復雜的結構，涉及到了如貫通、驅動等諸多因素和難點。正因為如此，在DC/DC變換電路中最為廣泛的即使對全橋DC/DC變換器的研究。根據輸入端供電方式是電壓源還是電流源的不同，全橋DC/DC變換器被分為電流型結構或電壓型結構。實際光伏發電系統中，大多采用PWM控制的電壓型結構，其電路基本結構如下圖2.6所示。在圖2.6中，太陽能電池Pv提供的是輸入直流電壓Vs;S1&Dr1~S4&Dr4構成兩個橋臂，T為高頻變壓器，其原副邊匝比N1/N2=1:n，D1~D4是輸出整流二極管，Lf、Cf是輸出濾波電感、電容，Ro是負載。圖2.6全橋DC/DC變換器基本結構通過控制S1~S4對角導通，電源通過T隔離和變壓后向負載提供能量。T原、副邊分別得到幅值為Vs和n·Vs的交流方波電壓，在D1~D4輸出整流和Lr、Cf組成的低通濾波電路，最終在輸出端得到一個平直的直流電壓V0，其值為Vo=n·D·Vs，其中D為占空比，D=ton/T/2是對角管同時導通時間，T是開關周期，通過調節D即可方便地調節輸出電壓。2.3本章小結本章分析了應用于光伏發電系統中的DC/DC變換器電路，系統總結了基本型斬波電路、基本型三電平斬波電路、基本軟開關型斬波電路和隔離型DC/DC變換器的電路結構和各自特點;詳細分析了Buck-Boost三電平斬波電路、基本型零開關Boost電路和一種雙全橋整流結構的移相全橋ZVZCS變換器電路，并給出了各自的換流分析和主要參數設計原則。通過本章列出的數據與電路原理圖，出于操作簡單、安全性高、效率高的緣由，本文第三章研究的DC/DC變換器將采用非隔離型的Boost升壓變換器。3光伏發電系統前級DC/DC變換器研究本章將對與光伏組件相連接的前級DC/DC變換器進行研究，針對光伏發電系統對拓撲的要求:1.首先給出DC/DC變換器的各部分原理框圖，再對這些原理框圖進行簡單的理論說明，最后將各部分原理框圖整合成Boost升壓電路電路原理圖。2在AltiumDesigner軟件上搭建此系統框圖的電路原理圖，并給出伴隨的電流檢測電路和電壓測量電路的電路原理圖。3.在AltiumDesigner軟件上設計出PCB版圖，實現理論與實踐的結合。3.1Boost電路原理框圖總體介紹圖3.1原理框圖圖3.1是Boost升壓電路的原理框圖，該原理框圖的組成以TPS61165為主，圖3.2是TPS61165的內部原理圖，通過改變跳線的連接，可以實現LED恒流驅動、恒壓源輸出和負壓輸出。由TIVA產生的PWM，可以控制TPS61165的CTRL端，這樣可以達到控制恒流源與恒壓源輸出大小的目的。電源電壓檢測部分：以OPA330為中心的電壓測量電路，可以起到電壓跟隨的作用，這樣TIVA能夠更準確的采到實際電壓值。電流檢測電路：以INA213為中心，實現高測電流檢測。圖3.2TPS61165內部原理圖3.2升壓電路各部分框圖介紹應用于DC/DC升壓變換器的Boost升壓電路共由三個部分組成：恒流源驅動LED串、恒壓源輸出、負壓生成。3.2.1恒流源驅動LED串圖3.3恒流源驅動LED串的電路原理圖開關電源是用半導體器件作為開關，將一種形式的電源轉換成另一種形式的電源。它具有頻率高、功耗低、工作效率高、體積小、輸入范圍寬等特點。它還可以通過閉環系統調節，使輸出電壓保持穩定。

基于TPS61165搭建的電路是Boost型開關電源電路。開關電源芯片TPS61165采用類型為MOSFET的開關器件，它的開關頻率達到1.2MHZ。在MOSFET關閉時，電感L1和電源給電容C5充電;當MOSFET導通時，等效于將L1的一端接地，L1此時釋放能量。和Boost型升壓電路工作原理一樣，通過對電感L1和電容C5充放電來實現電壓的轉換。同時，該電路在FB端形成閉環通路，可以將電壓的穩定的輸出去。

電壓調節方式:本實驗采用PWM控制CTRL對電壓進行調節。一定占空比的PWM波形在芯片的CTRL端被直接送入，改變芯片內部誤差放大器的輸入電壓，從而達到改變電源電壓的大小的目的。這種控制的方法操作簡單、容易實現，通過改變占空比即可達到調節電壓的大小的目的。

電流檢測電路:此電路采用高測電流測量。INA213是一種共模高，失調電壓小，溫度漂移特性好的運算放大器。上圖3.3為恒流源驅動LED串的電路原理圖。3.2.2恒壓源輸出圖3.4恒壓源輸出的電路原理圖恒壓源輸出的是開關電源能輸出穩定的電壓，而且電壓不會隨著負載的變化而變化。需要注意的，當恒流控制操作外接負載時，負載是外接負載。但是，在恒壓源輸出時，負載不能僅僅是外接負載，這是因為輸出的電壓會在外接負載的影響下發生鉗位，導致電源功率芯片偏離正常工作的軌道。因此，采用功率電阻作為負載進行試驗來測試恒壓源的輸出和調節恒壓輸出的大小。

恒壓輸出的實現:在反饋端和地之間可以接入電阻，這樣電阻兩端的電壓就可以被控制在一個確定值。由于運放放大器反相輸入端輸入電流和輸出電流幾乎為零，因此這樣就可以計算出流過反饋端的電流。另一個電阻在反饋端前接入實現將電壓提高的效果。因為反饋端的電壓是恒定的，所以這樣流過電阻的電流也是恒定，所以這樣電阻兩端產生電壓也恒定，通過這步操作，可以實現恒壓源的輸出。

電壓檢測電路:由于輸出電壓較大，數據很難被單片機直接采集到，這就需要對電壓進行分壓。但是分壓后的信號輸出阻抗比較大，如果信號直接被單片機采樣，這種操作就可能造成信號的衰減，影響測量精度。為此，為了避免對ADC輸入阻抗的影響，我們需要增加一級由OPA330運放搭建的電壓跟隨電路，通過增加OPA330電壓跟隨電路，我們可以提高采樣精度。在OPA330電壓跟隨電路中，一個電阻和一個電容被并聯在運放的反相輸入端和輸出之間，這樣可以使電壓跟隨電路工作更加穩定。圖3.4為恒壓源輸出的電路原理圖。3.2.3負壓生成圖3.5負壓生成的電路原理圖負壓的產生是通過負壓生成電路借用二倍壓電路實現的。當MOSFET的導通時，在TPS61165的SW端就會不斷的產生低電平電壓，當MOSFET的關斷時，在TPS61165的SW端就會不斷的產生高電平電壓。當MOSFET關斷時，在SW端產生高電平，電流經過接地端到地。當MOSFET導通時，電流從地，經過右側電容、上側二極管、左側電容。此時，左側電容放電，右側電容充電。右側電容的上端為負，下端為正;而正端接地，所以，由右側電容的上端輸出負壓。

在以TPS61165為平臺，通過外擴電路實現負壓產生的條件是:利用該芯片搭建開關電源電路要形成閉環回饋電路。因此在恒流控制電路和恒壓源輸出電路時均能產生負壓，因為恒壓時電路接法簡單點，下面按照恒壓源輸出電路的接法研究負壓產生電路。圖3.5為負壓生成的電路原理圖。3.3電路原理圖設計并繪制根據本文第三章對DC/DC變換器理論的研究，我們可以得到將3.2各部分框圖加上TPS61165內部電路原理圖整合成的Boost升壓電路。并將此Boost升壓電路電路原理圖在AD中繪制，得到如圖3.6。反饋控制電路由INA213和OPA330組成，通過采樣電阻經過INA213可以得知輸出電流大小，再與PWM波經加法器OPA330后控制FB腳的電壓大小，達到可調的恒流輸出的目的。圖3.6Boost升壓電路電路原理圖其中，電流檢測電路的電路原理圖為圖3.7。圖3.7電流檢測電路電路原理圖其中，電壓檢測電路的電路原理圖為圖3.8。圖3.8電壓檢測電路電路原理圖4AltiumDesigner版圖設計根據前面內容設計要求、確定的Boost升壓電路電路原理圖，在這一章我們將使用電子產品開發系統AltiumDesigner進行PCB版圖的繪制。開發系統AltiumDesigner可以完美的完成電路原理圖的繪制、\t"/item/ALTIUM%20DESIGNER/_blank"印刷電路板文件的制作、執行電路仿真等設計工作，并且在繼承先前Protel軟件功能的基礎上，綜合了FPGA設計和嵌入式系統軟件設計功能。在設計之前我們要考慮實現：1.通過跳線選擇恒壓輸出和恒流輸出，幫助理解恒壓和恒流輸出在電路上的異同，和理解反饋電路中的放大器。2.通過高側電流檢測，把放大器和電源結合在一起。

3.通過控制CTRL端口，實現輸出電壓/電流控制。

4.實現無反饋負壓輸出的原理無誤和應用。4.1版圖繪制簡介圖4.1繪制PCB版圖流程圖繪制PCB版圖流程如圖4.1所示，此PCB板所需電路原理圖在前一章已經給出，所以按照已得，本設計可以跳過第二步畫原理圖，直接進入第三步畫PCB圖。本設計具體繪制流程如下：①創建工程，新建“PrjPCB”文件。②新建“PcbDoc”文件。然后切換到原理圖，在“設計”菜單下更新原理圖到剛剛新建的“PcbDoc”文件。更新時，把room選項