Buck-Boost變換器的設(shè)計(jì)與仿真

Buck-Boost變換器的設(shè)計(jì)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{(diào)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(shí)具有Buck斬波電路和Boost斬波電路的特點(diǎn)，能對(duì)直流電直接進(jìn)行降壓或者升壓變換，應(yīng)用廣泛。本文將對(duì)Buck/Boost升降壓斬波電路進(jìn)行詳細(xì)的分析。2主電路拓?fù)浜涂刂品绞?.1Buck/Boost主電路的構(gòu)成（a）V導(dǎo)通（b）V關(guān)斷，VD續(xù)流2.2電感電流連續(xù)時(shí)的工作原理及基本關(guān)系為了方便分析，假設(shè)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(shí)，Buck/Boost變換器有V導(dǎo)通和V關(guān)斷兩種工作模態(tài)。在模態(tài)1[0～ton]：t=0時(shí)，V導(dǎo)通，電源電壓E加在電感L上，電感電流線性增長(zhǎng)，二極管VD截止，負(fù)載電流有電容C提供：t=ton時(shí)，電感電流增大到最大值iLmax，V關(guān)斷。在V導(dǎo)通期間電感電流增加量ΔiL為在模態(tài)2[ton～T]：t=ton時(shí)，V關(guān)斷，VD續(xù)流，電感L儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換為負(fù)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(shí)，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(dǎo)通，轉(zhuǎn)入下一個(gè)工作周期。由此可見(jiàn)，Buck/Boost變換器的能量轉(zhuǎn)換有兩個(gè)過(guò)程：第一個(gè)是V開(kāi)通L儲(chǔ)存能量的過(guò)程，第二個(gè)是電感能量向負(fù)載和電容C轉(zhuǎn)移的過(guò)程。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，V導(dǎo)通期間iL增長(zhǎng)量應(yīng)等于V關(guān)斷期間iL的減少量，或一個(gè)工作周期內(nèi)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(jì)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(kāi)關(guān)管V截止時(shí)，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(shí)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(fù)載電流Io等于流過(guò)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(kāi)關(guān)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?yàn)殡娙莺艽?，因此輸出電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)變化較小，則輸出電壓脈動(dòng)量可用V導(dǎo)通期間電容C放電量QC=IoαT計(jì)算，因QC=C·ΔUo，故（2-9）3主電路參數(shù)的計(jì)算本電路要求輸入電壓為40V，輸出電壓為50V，輸出