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摘要
電容器是開關(guān)變換器的主要組成元件之一，對開關(guān)變換器的電氣性能指標(biāo)──輸出
紋波電壓有著決定性影響。但在工程應(yīng)用中，電容器的實際有效容量往往隨著開關(guān)頻率
的提高而減小。因此，電容器的頻率特性就成為正確設(shè)計開關(guān)變換器的關(guān)鍵。本文以
Boost變換器為研究對象，應(yīng)用蒙特卡羅方法對大量的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出了
陶瓷電容器、鋁電解電容器和鉭電解電容器的實際有效容量隨頻率變化的關(guān)系曲線及其
電容參數(shù)的設(shè)計方法。
首先，簡單介紹了蒙特卡羅方法以及目前開關(guān)變換器輸出濾波電容設(shè)計中存在的問
題；
其次，總結(jié)比較了常用電容器的結(jié)構(gòu)特征和應(yīng)用范圍；分析了Boost變換器的工作
模式及其輸出紋波電壓；驗證了Matlab軟件生成的偽隨機數(shù)的隨機性；給出了電容器頻
率特性的分析方法及其流程圖。
然后，對于給定的電容器，利用Matlab軟件生成實驗所需的隨機數(shù)組，記錄下每一
組實驗的輸出紋波電壓，依據(jù)對應(yīng)的紋波電壓公式計算出電容器的實際有效容量及其與
標(biāo)稱容量的比值；再對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析得出各頻率測試點的均值，進(jìn)一步繪出
了各種電容器的容量與頻率的關(guān)系曲線，并給出了其數(shù)學(xué)模型；此外，詳細(xì)地分析了電
容器的等效電路和重要的寄生參數(shù)，如等效串聯(lián)電阻、等效串聯(lián)電感、諧振頻率、損耗
因數(shù)等，從原理上解釋了電容器的頻率特性。
最后，本文給出了Boost變換器的設(shè)計實例。在給定開關(guān)頻率和輸出紋波電壓要求
的條件下，根據(jù)電容器頻率關(guān)系曲線和數(shù)學(xué)模型來計算濾波電容值。實驗結(jié)果證明了這
種設(shè)計方法正確性和可行性。
關(guān)鍵詞：蒙特卡羅方法；Boost變換器；輸出紋波電壓；電容器；頻率特性

I
1緒論...................................................................................
1.1課題研究的背景及意義............................................
1.2蒙特卡羅方法的發(fā)展歷史及其特點........................
1.3開關(guān)變換器輸出濾波電容的設(shè)計方法及存在的問題
1.4課題完成的主要工作................................................
2 BOOST變換器的靜態(tài)特性及其電容器的選擇.............
2.1 BOOST變換器的靜態(tài)特性分析..................................
2.1.1 Boost變換器的組成和工作原理.........................
2.1.2 Boost變換器的臨界電感.....................................
2.1.3 Boost變換器的三種工作模式.............................
2.2 BOOST變換器的輸出紋波電壓..................................
2.3 BOOST變換器電容器的選擇......................................
2.3.1常用電容器的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用場合..................
2.3.2電容器的選擇......................................................
2.4本章小結(jié)....................................................................
3基于BOOST變換器的電容器頻率特性研究...............
3.1電容器頻率特性的分析方法....................................
3.1.1蒙特卡羅方法的基本思想..................................
3.1.2隨機實驗數(shù)據(jù)的生成及其驗證..........................
3.1.3電容器頻率特性分析方法的主要內(nèi)容..............
3.2電容器的頻率關(guān)系曲線及其分析............................
3.2.1鋁電解電容器的頻率關(guān)系曲線..........................
3.2.2三種電容器的頻率關(guān)系曲線及其比較..............
3.2.3頻率f=300kHz時電容器的頻率特性分析........
3.3電容器頻率特性的數(shù)學(xué)模型....................................
3.3.1鋁電解電容器頻率特性的數(shù)學(xué)模型..................
3.3.2鉭電解電容器頻率特性的數(shù)學(xué)模型..................
3.3.3獨石電容器頻率特性的數(shù)學(xué)模型......................
3.4寄生參數(shù)對電容器性能的影響................................
3.4.1電解電容器的結(jié)構(gòu)特征和等效電路..................
3.4.2等效串聯(lián)電阻、諧振頻率與阻抗頻率特性......3.4.3損耗因數(shù)與寄生參數(shù)對電容器頻率特性的影響
3.5本章小結(jié)....................................................................
4 BOOST變換器電容的設(shè)計.............................................
4.1 BOOST變換器電容的設(shè)計方法..................................
4.2 BOOST變換器電容的設(shè)計實例..................................
4.2.1開關(guān)頻率f=20kHz時的設(shè)計實例......................
4.2.2開關(guān)頻率f=200kHz時的設(shè)計實例....................
4.3本章小結(jié)....................................................................
5結(jié)論...................................................................................
5.1結(jié)論............................................................................
5.2展望............................................................................
致謝...................................................................................
參考文獻(xiàn)...............................................................................
附錄...................................................................................