Buck_Boost变换器的设计及仿真VIP免费

参考资料1概述直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路(BuckChopper)、升压斩波电路(BoostChopper)、升降压斩波电路(Buck/Boost)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。参考资料2主电路拓扑和控制方式2.1Buck/Boost主电路的构成Buck/Boost变换器的主电路与Buck或Boost变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。与Buck和Boost不同的是电感L在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。开关管也采用PWM控制方式。Buck/Boost变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。电流连续时有两个开关模态，即V导通时的模态1，等效电路见图2(a);V关断时的模态2，等效电路见图2(b)。(b)V关断，VD续流图2-2Buck/Boost不同模态等效电路ttttt图2-3电感电流连续时的主要波形参考资料2.2电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。电感电流连续工作时，Buck/Boost变换器有V导通和V关断两种工作模态。在模态1[0〜t]:ont=0时，V导通，电源电压E加在电感L上，电感电流线性增长，二极管VD截止，负参考资料载电流有电容C提供：diL=EdtI=UooRcdUo=idto2-o2-2-VVD2-在模态2[t〜T]:ont=t时，V关断，VD续流,on在输出电压U的作用下下降：oo参考资料t=t时，电感电流增大到最大值i,V关断。在V导通期间电感电流增加量Ai为LmaxLEAi=aTLL电感L储存的能量转换为负载功率并给电容C充电，iLdiL—L=Udto=C—Uo+1=C—Uo+UoL—to—tRt=T时，i减小到最小值i，在t~T期间i的减小量为Ai为LLminonLLUUA=ot=o(1—a)TLLoffL此后，V又导通，转入下一个工作周期。由此可见，Buck/Boost变换器的能量转换有两个过程：第一个是V开通L储存能量的过程，第二个是电感能量向负载和电容C转移的过程。稳态工作时，V导通期间I增长量应等于v关断期间I的减少量，或一个工作周期内作用在电感L上电压的伏秒面积为零，有LU=a(2-1)E1—a由式(2-1)知，若a=0.5，贝UU二E；若a<0.5，贝UU0.5，贝UU>E。若不计变ooo压器损耗，则输入电流平均值I和输出电流的平均值I之比为io2-2)开关管V截止时，加于集电极和发射极间电压为输入电压与输出电压之和，这也是二极管VD截止时所承受的电压U=U=E+U=—=UceVDo1-aa由图3可见，电感电流平均值I等于V和VD导通期间流过的电流平均值I和I之和,_i+i=LmaxLmin=I+1L2VVDEAi=i—i=aLLmaxLminLf电感电流最大值i和最小值i分别为LmaxLmin1Ei=I+Ai=I+aLmaxL2LL2Lf1Ei=I—Ai=I—aLminL2LL2Lf负载电流I等于流过二极管VD电流的平均值I,即在t=t〜T期间，电感电流的平均值VD=^-o=I(1—a)oRLoIaAU=—oCf2-8)参考资料I=IaiL(2-7)开关管V和二极管VD电流的最大值i、i等于电感电流的最大值iVmaxVDmaxLmaxi=i=i=I+Ai=o—+©-(1—a)VmaxVDmaxLmaxL因为电容很大，因此输出电压在一个开关周期内变化较小，则输出电压脉动量可用V导通期间电容C放电量Q=laT计算，因Q=C・AU,故C2-9)=8A参考资料3主电路参数的计算本电路要求输入电压为40V,输出电压为50V,输出功率P为400W，输入纹波电流为输入电流平均值的2.5%，输出纹波电压为输出电压平均值的2.5%,开关频率为100kHZ。占空比：由式（2-1）可得占空比a二Uo，则a为0.556。E+Uo输出电流（二极管电流）的平均值：因为电容足够大，忽略电容电流，则二I二二oVDUo由式（2-2）可得，输入电流（电感电流）的平均值l=10.02A。电感：根据纹波电流为输入电流平均值的2.5%，可得在开关管导通期间电感电流的增EaT量为△i=0.502...