Buck-Boost电路设计.doc

精品文档500W Buck/Boost电路设计与仿真验证一、主电路拓扑与控制方式Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck或Boost变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck和Boost电路不同的是，电感Lf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相反。开关管也采用PWM控制方式。Buck/Boost变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。图1-1 主电路图1-2 电感电流连续工作波形 (a) Q导通 (b) Q关断，D续流图1-3 Buck/Boost不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost变换器有开关管Q导通和开关管Q关断两种工作模态。在开关模态10ton：t=0时，Q导通，电源电压Vin加载电感Lf上，电感电流线性增长，二极管D戒指，负载电流由电容Cf提供：(2-1)(2-2)(2-3)t=ton时，电感电流增加到最大值，Q关断。在Q导通期间电感电流增加量(2-4)在开关模态2ton T:t=ton时，Q关断，D续流，电感Lf贮能转为负载功率并给电容Cf充电，在输出电压Vo作用下下降：(2-5)(2-6)t=T时，见到最小值，在ton T期间减小量为： (2-7)此后，Q又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost变换器的能量转换有两个过程：第一个过程是Q开通电感Lf贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容Cf转移的过程。稳态工作时，Q导通期间的增长量应等于Q关断期间的减小量，或作用在电感Lf上电压的伏秒面积为零，有： (2-8)由(2-8)式，若Dy=0.5，则Vo=Vin；若Dy0.5，则Vo0.5，VoVin。设变换器没有损耗，则输入电流平均值Ii和输出电流平均值Io之比为 (2-9)开关管Q截止时，加于集电极和发射极间电压为输入电压和输出电压之和，这也是二极管D截止时所承受的电压 (2-10)由图1-2可见，电感电流平均值等于Q和D导通期间流过的电流平均值IQ和ID之和，即： (2-11) (2-12)负载电流Io等于流过二极管D电流的平均值ID，即在t=ton T期间电感电流的平均值 (2-13) (2-14)电感电流最大值和最小值为： (2-15) (2-16)开关管Q和二极管D电流的最大值、等于电感电流最大值 (2-17)Q导通期间，电容Cf电压的变化量即输出电压脉动由Q导通期间放电量计算，因，故 (2-18)三、实验参数计算Buck/Boost变换器设计指标为：(1) 输入电压：直流100V; (2) 输出电压：直流48V; (3) 输出功率：500W 。 （48.5152+47.4988）/2=48.0070设定IGBT的开关频率为100kHz，电感电流纹波为电感电流平均值的5%，输出电压纹波为输出电压的2%。输出端电阻为：输出端电流为： （10.5468+10.3258）/2=10.4363由式(2-8)得占空比为： 0.3266由式(2-9)得输入电流为：由式(2-10)得开关管Q截止时承受电压，二极管D截止时承受电压为：由式(2-14)得电感电流平均值为： （16.501+15.7229）/2= 16.112电感电流和输出电压纹波分别为： 0.7781 48.5152-47.4988=1.0164由式(2-15)和(2-16)得电感电流最大值和最小值分别为： 16.5019 15.7229由式(2-17)得通过开关管Q和二极管D的电流最大值为： 16.5019由式(2-12)得电感大小为：由式(2-18)得电容大小为： 36四、实验器件的选择开关管Q：开关频率100kHz，截止时承受电压148V，流过最大电流16.50A。二极管D：截止时承受电压148V，流过最大电流16.50A。电感：大小0.42mH，流过电流最大值16.50A。电容：大小，