Buck-Boost變換器的設計與仿真

Buck-Boost變換器的設計與仿真1概述直流-直流變流電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。其中，直接直流變流電路又叫斬波電路，它包括降壓斬波電路（BuckChopper）、升壓斬波電路（BoostChopper)、升降壓斬波電路（Buck/Boost）、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路共六種基本斬波電路。Buck/Boost升降壓斬波電路同時具有Buck斬波電路和Boost斬波電路的特點，能對直流電直接進行降壓或者升壓變換，應用廣泛。本文將對Buck/Boost升降壓斬波電路進行詳細的分析。2主電路拓撲和控制方式2.1Buck/Boost主電路的構成（a）V導通（b）V關斷，VD續(xù)流2.2電感電流連續(xù)時的工作原理及基本關系為了方便分析，假設電感、電容的值足夠大，并且忽略電感的寄生電容。電感電流連續(xù)工作時，Buck/Boost變換器有V導通和V關斷兩種工作模態(tài)。在模態(tài)1[0～ton]：t=0時，V導通，電源電壓E加在電感L上，電感電流線性增長，二極管VD截止，負載電流有電容C提供：t=ton時，電感電流增大到最大值iLmax，V關斷。在V導通期間電感電流增加量ΔiL為在模態(tài)2[ton～T]：t=ton時，V關斷，VD續(xù)流，電感L儲存的能量轉換為負載功率并給電容C充電，iL在輸出電壓Uo的作用下下降：t=T時，iL減小到最小值iLmin，在ton~T期間iL的減小量為ΔiL為此后，V又導通，轉入下一個工作周期。由此可見，Buck/Boost變換器的能量轉換有兩個過程：第一個是V開通L儲存能量的過程，第二個是電感能量向負載和電容C轉移的過程。穩(wěn)態(tài)工作時，V導通期間iL增長量應等于V關斷期間iL的減少量，或一個工作周期內作用在電感L上電壓的伏秒面積為零，有(2-1)由式（2-1）知，若α=0.5，則Uo=E；若α<0.5，則Uo<E；若α>0.5，則Uo>E。若不計變壓器損耗，則輸入電流平均值Ii和輸出電流的平均值Io之比為（2-2）開關管V截止時，加于集電極和發(fā)射極間電壓為輸入電壓與輸出電壓之和，這也是二極管VD截止時所承受的電壓（2-3）電感電流最大值iLmax和最小值iLmin分別為（2-4）（2-5）負載電流Io等于流過二極管VD電流的平均值IVD，即在t=ton～T期間，電感電流的平均值為（2-6）（2-7）開關管V和二極管VD電流的最大值iVmax、iVDmax等于電感電流的最大值iLmax（2-8）因為電容很大，因此輸出電壓在一個開關周期內變化較小，則輸出電壓脈動量可用V導通期間電容C放電量QC=IoαT計算，因QC=C·ΔUo，故（2-9）3主電路參數(shù)的計算本電路要求輸入電壓為40V，輸出電壓為50V，輸出