Buck-Boost電路設(shè)計

1、所示。與Buck和Boost電路不同的是，電感 電壓極性與輸入電壓相反。連續(xù)喝斷續(xù)兩種工作方式，流連續(xù)時的主要波形。圖電流連續(xù)工作時，有兩種工作模態(tài)，圖 關(guān)管Q關(guān)斷、D續(xù)流時的工作模態(tài)。+2H+CfVinLf ：3 DQD圖11主電路VbeUton；T；圖12電感電流連續(xù)工作波形Vin(a)Q導(dǎo)通!CfE31-i Lt +(b) Q關(guān)斷，D續(xù)流Rld500W Buck/Boost電路設(shè)計與仿真驗證一、主電路拓?fù)渑c控制方式Buck/Boost變換器是輸出電壓可低于或高于輸入電壓的一種單管直流變換器，其主電路與Buck或Boost變換器所用元器件相同，也有開關(guān)管、二極管、電感和電容構(gòu)成，如圖11L

2、f在中間，不在輸出端也不在輸入端，且輸出開關(guān)管也采用 PWM控制方式。Buck/Boost變換器也有電感電流 本文只討論電感電流在連續(xù)狀態(tài)下的工作模式。圖12是電感電1-3是Buck/Boost變換器在不同工作模態(tài)下的等效電路圖。電感l(wèi)-3(a)的開關(guān)管Q導(dǎo)通時的工作模態(tài)，圖l3(b)是開圖13 Buck/Boost不同開關(guān)模態(tài)下等效電路二、電感電流連續(xù)工作原理和基本關(guān)系態(tài)。電感電流連續(xù)工作時，Buck/Boost變換器有開關(guān)管 Q導(dǎo)通和開關(guān)管 Q關(guān)斷兩種工作模在開關(guān)模態(tài)l0（on：t=0時，Q導(dǎo)通，電源電壓 載電流由電容Cf提供：Vin加載電感Lf上，電感電流線性增長，二極管 D戒指，負(fù)di

3、LfLf dtVin(2-1)Vo0Rld(2-2)Cf-4¥odtIo(2-3)t=4on時，電感電流增加到最大值Lnax，Q關(guān)斷。在Q導(dǎo)通期間電感電流增加量 L在開關(guān)模態(tài)2tonT:t=t on時，Q關(guān)斷，D續(xù)流,Vo作用下下降:t=T時,iLf見到最小值lnin1LfVnT DyTLf(2-4)電感Lf貯能轉(zhuǎn)為負(fù)載功率并給電容 Cf充電，in在輸出電壓diLfLf dtVo(2-5)Cf 帖 Iodtcdt(2-6)Rld,在ST期間iLf減小量t Voff (1 D y )TLf1Lf 七Lii為:Lf(2-7)Buck/Boost變換器的能量轉(zhuǎn)換有兩個 第二個是電感能量向負(fù)

4、載和電容Cf轉(zhuǎn)移的此后，Q又導(dǎo)通，轉(zhuǎn)入下一工作周期。穩(wěn)態(tài)工作時，Q導(dǎo)通期間iL的增長量應(yīng)等于Q關(guān)斷期間iL的減小量，或作用在電感由此可見, 過程：第一個過程是Q開通電感Lf貯能的過程， 過程。(2-8)Lf上電壓的伏秒面積為零，有:DyVoVin 1 Dy由（28）式，若 Dy=0.5,貝|J Vo=V in；若 Dy<0.5,貝|J V o<V in ；反之，D y>0.5 , V o>V in o 設(shè) 變換器沒有損耗，則輸入電流平均值牡和輸出電流平均值I。之比為Ii(2-9)I o 1 Dy開關(guān)管Q截止時，加于集電極和發(fā)射極間電壓為輸入電壓和輸出電壓Z和，這也是二

5、極管D截止時所承受的電壓uceVin VqVo 1 Dy Dy(2-10)由圖12可見，電感電流平均值 和,即:1Lf等于Q和D導(dǎo)通期間流過的電流平均值Iq和Id之1Lmax LmiiiIq Id(2-H)iLi LmaxiLmmV D yLf f(2-12)負(fù)載電流I。等于流過二極管 D電流的平均值Id,即在onT期間電感電流的平均值電感電流最大值iL 和最小值! maxVo10RldiLrmb 為:L f maxILfkf(lDy)(2-13)1l! miniLf開關(guān)管Q和二極管D電流的最大值1Q max1 1DmaxL f maxIQ maxILfQ導(dǎo)通期間，電容IinI DLf(2-1

6、4)Lf1DmaxILfILf-Vi- Dy2LffVill _Dy2Lf f(2-15)(2-16)等于電感電流最大值i LinuxIo1 Dy-(1 Dy)2Lff(2-17)Cf電壓的變化量即輸出電壓脈動V。由Q導(dǎo)通期間C r放電量(2-18)Q I D T計算，因QCf o yCCrf三、實(shí)驗參數(shù)計算Buck/Boost變換器設(shè)計指標(biāo)為:(1)輸入電壓Vin :直流100V; (2)輸出電壓Vo :直流48V; (3)輸出功率 Po : 500W o(48.5152+47.4988 ) /2=48.0070設(shè)定IGBT的開關(guān)頻率f為100kHz ,電感電流紋波 iu為電感電流平均值【L

7、f的5%,輸出電壓紋波Vo為輸出電壓Vo的2%o輸出端電阻為：Vo2Rld 4.608輸出端電流為：VoIo 10.42 A ( 10.5468+10.3258 )7=10.4363RLD由式(28)得占空比為：V。Dy0.3240.3266V Vo in由式(29)得輸入電流為：J-D“l(fā)m Io 1 Dy 5.0 A由式(2-10)得開關(guān)管Q截止時承受電壓，二極管D截止時承受電壓為:込Uce148VDy由式(2-14)得電感電流平均值為：TI inLf D v 15.42 A ( 16.501 + 15.7229 ) /2= 16.112電感電流和輸出電壓紋波分別為：15% ILfLf0.

8、77 A 0.7781Vo 2% Vo0.96V48.5152-47.4988=1.0164由式(2-15)和(2-16)得電感電流最大值和最小值分別為：i I _ iL f maxLf L f 15.80A16.50192i I _ iLfmin Lf 1 Lf 15.03A15.722921 1Qmax Dm«u1Imax 氣-t 15.80A 16.50192由式(2-12)得電感大小為：VLf -：一50.42mHLf f 由式(2-18)得電容大小為：C f -Io-y-35.19 F36Vo f四、實(shí)驗器件的選擇開關(guān)管Q：開關(guān)頻率100kHz ,截止時承受電壓148V,流過最大電流