4.4.3 作为负载的斩波器的功能
以上讨论了采用两种平均状态量的动作解析法，下面对各种相关的应用进行举例说明。
1.表示电流源负载特性的电流源函数
本章基于斩波电路说明构成电压源和电流源的具体事项。上节中给出了升降压斩波器在电流不连续模式下作为恒功率电源的功能，这里对于电流不连续模式，考察一下升降压斩波器输入端等价负载的情况。当E1和L已知时，每个周期从输入端注入的电荷量由Ton决定，假设对电荷量进行周期平均，则可以得到式（4.17）所示的平均输入电流值。
由式（4.17）可知，当周期T和占空比D已知时，意味着斩波器的输入电流值已知，升降压斩波器作为直流电流源负载进行工作，这里称该式为电流源函数。
同理，求取升压斩波器的电流源函数，如式（4.18）所示。
图4.8 升压斩波器的电压倍数-输出电流特性（D=0.5）
例4.2
工作在电流不连续模式的升压斩波器作为负载使用时，请证明其电流源函数如式（4.18）所示。
解 升压斩波器工作在电流不连续模式时的输入电流波形与图4.6所示的电抗器电流波形相同，在Ton期间电流上升，在开关器件关断瞬间电流值i1为
该期间由电源提供的电荷量Qon为
开关器件关断后电流下降，在导通时间Tcond后电源电流变为零。
该期间由电源提供的电荷量Qcond由式（4.22）表示。
将整个电荷量Q1=Qon+Qcond除以周期T进行平均，可得平均输入电流，即式（4.23）表示的电流源函数，其与式（4.18）一致。
2.电流源函数的应用举例
在此对电流源函数的应用进行举例说明。考虑太阳电池和蓄电池之间插入升压斩波器的情况，如图4.9所示。以电流不连续模式使斩波器运行，从而形成电流源负载，检测太阳电池电动势的同时，根据电流源函数调节斩波器动作，因此可以控制整个系统达到最大效率。
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图4.9 基于升压斩波器的太阳电池输出控制概念图和等价电流源负载
例4.3
已知太阳电池组件具有式（4.24）给出的电压电流特性。以升压斩波器为基础，设计以最大效率对150V蓄电池进行充电的控制方法，并进行仿真验证。其中，链接电容器为10000μF，持流电抗器为1mH，二极管压降为1V。另外，式中的Pp表示单位面积对应的太阳光入射能量，最大为1kW/m2。
解 在Pp=0.1～1.0kW/m2时计算的太阳电池组件的电压电流特性如图4.10所示。为了求出最大功率点，使输出功率P=IVi对端电压Vi的微分等于零，如式（4.25）所示，从而得到式（4.26），图中以粗实线表示。
根据图4.10，最大功率跟踪时太阳电池的端电压范围为40～52V，将其升压至一定值150V时，设定D=0.5（恒定），则升压斩波器通常工作在电流不连续模式。然后调整开关周期T，若使其升压倍数自动设定在3～4的范围，则可以实现上述功能。将最大功率跟踪的条件方程等于电流源函数方程，可得如下控制条件：
图4.10 太阳电池的电压电流特性和最大输出功率曲线（粗实线）（参数是太阳光入射能量Pp=0.1～1.0kW/m2，间隔0.1kW/m2）
式中，E1为升压斩波器的输入电压，E1=Vi+eDb≈Vi+1，E2=150V，重写得到式（4.28）。该式表示随着太阳入射能量的变化，Vi也跟着变化，根据式（4.28）调整周期T，就可以实现上述要求。
利用Excel进行仿真，得到图4.11a所示数值仿真结果。图中所示为PP=1.0⇒0.2⇒0.7变化时升压斩波器的电流变化，以及通过改变周期T调节的电流平均值。为了不在太阳电池上流过脉冲电流，通常需要链接电容器进行滤波，为此会造成一定的响应延迟。图4.11b所示的电压电流特性表示了工作点的迁移过程，由图可知达到了最大功率控制的目的。
图4.11 基于升压斩波器的太阳电池的最大功率控制（太阳光入射能量PP=1.0⇒0.2⇒0.7变化情况）
本例给出了升压斩波器输入电流源函数的应用。输入电流是脉冲形式在实用上可能有点问题，在此只是为了便于理解电流源负载的动作。另外，在实际的实验中，若根据温度对太阳电池特性进行一定的补偿，则可以获得很好的最大功率控制的结果。
例4.4
在例4.3中说明了电流不连续模式下升压斩波器的输入特性。请从输入端角度研究一下电流连续模式下升压斩波器的负载特性。
解 电流连续模式下，根据状态平均法，升压斩波器的状态平均方程如式（4.29）所示。
将两个状态方程分别表示如下：
对上述两式采用等价电路表示，如图4.12a所示。稳态时i1=I1，
，如图4.12b或c所示。图4.12b所示为将负载表示为电压源负载的情况，输入电压等于负载电压E2乘以变换器的变换比（1-D）。另一方面，图4.12c所示为电阻负载的情况，将实际电阻值R乘以变换比的二次方作为输入侧电阻处理。因此，变换器的变换比与普通的变压器绕组匝数具有相同的功能[2]。
图4.12 从状态平均方程导出的升压斩波器等价电路