BUCK_BOOST仿真分析报告
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BUCK-BOOST转换器仿真分析
摘要：本课题利用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法，建立连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的线性模型，实现非线性向线性模型的转化，得到由控制到输出的传递函数；在此基础上利用Matlab工具对不同补偿网路的频域特性进行仿真，并对仿真结果进行分析。
关键词 ：BUCK/BOOST ；DC/DC转换器 ；MATLAB仿真 ；频域特性
BUCK-BOOST CONVERTER SIMULATION ANALYSIS
Abstract: This project uses the inductor voltage and capacitor current average approximate average
approximation method, build a continuous mode (CCM), under voltage-controlled BUCK / BOOST
structure DC / DC converter linear model, to achieve non-linear transformation to the linear model
obtained from the control to output transfer function; on the basis of compensation for the use of Matlab
tools for different networks frequency domain simulation, and analysis of simulation results.
Keywords: BUCK / BOOST; DC / DC converter; MATLAB simulation; frequency domain
中图分类号：TM712 文献标识：B 文章编号：
0 引言
开关电源转换器是现代电路理论的重要研究对象。作为一种非线性系统，BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的控制方式主要有电压和电流控制两种。
利用MATLAB的Simulink 环境，搭建连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的仿真电路，建立其线性模型，得到由控制到输出的传递函数，对系统进行补偿，使系统的稳定性达到最优。并进行仿真分析，调整电路结构、元件参数和仿真参数，以期得到理想效果。 .专业整理.
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1 BUCK-BOOST转换器的原理和典型电路
1.1 主要技术指标
开关频率sf=100kHZ
功率>100W
输入电压dU=200V
输出电压150V
输出电压峰峰值1.5V
电阻50
输出电流为3A
输出电流峰峰值0.3A
1.2电路参数计算
1.2.1电感L的计算
按电感电流连续选取电感
min()2LoffvtITL
（1-1）
0LoffITIT
（1-2）
由方程（1-1）和（1-2）可得
2min02offVTLIT=52554150(10)78102310H
5min1.310.410LLH
按输出电流的峰峰值选取电感
由公式dLsUIDTL得
dsLUDTLI=532001070.30.0029H
所以我们选择L=0.0029H
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.学习帮手. 1.2.2电容C的计算
由公式001sDTccsIUidtDTCC得
560331078.571101501%scIDTCFU
一般来说，按允许纹波电流计算出的输出滤波电容器的容量大约是按纹波电压计算出的容量的7倍多，我们取10倍的C，以满足性能的要求。
1.3 Buck-Boost变换器的线性模型
1.3.1 Buck-Boost变换器的大信号模型
图（2-1）Buck-Boost变换器的电路图
在阶段1，即[,]sttdT,开关在位置1时，电感两端的电压为
()()()LgditvtLVtdt
（2-1） 通过电容的电流为
()()()CdvtvtitCdtR
（2-2）
在阶段2，即[,]sstdTtT，开关在位置2时，电感两端的电压为
()()()LditvtLvtdt
（2-3）
通过电容的电流为
()()()()CdvtvtitCitdtR
（2-4）
电感电压在一个开关周期的平均值为
11()()[()()]ssssstTtdTtTLTLLLtttdTssvtvdvdvdTT
1[()()]ssstdTtTgttdTsvdvdT
（2-5）
如果输入电压()gVt连续，而且在一个开关周期中变化很小，于是()gVt在[,]sttdT区间的值可以近似用开关周期的平均值()sgTVt表示。类似的，由于输出电压()vt连续，另外()vt在一个开关周期中变化很小，于是()vt在[,]sstdTtT区间可以近似用开关周期的平均值()sTvt表示，.专业整理.
.学习帮手. 这样，
1()[()()(1)]sssLTgTsTssvtVtdTvtdTT
='()()()()ssgTTdtVtdtvt
（2-6）
式中'()1()dtdt。
根据电感特性方程经过开关周期平均算子作用后形式不变性原理
()()ssTLTditLvtdt
（2-7）
把方程（2-7）代入（2-6）得到：
'()()()()()sssTgTTditLdtvtdtvtdt（2-8）
参考电感电压开关周期平均值的求法，可以得到电容电流开关周期平均值
'()()()()[]()[()]ssssTTCTTvtvtitdtdtitRR（2-9）
由电容特性方程
()()ssTCTdvtCitdt
（2-10）
得： '()()()()sssTTTdvtvtCdtitdtR
（2-11）
由（2-8），（2-11），在加上输入电流开关周期平均值方程，我们可以得到Buck-Boost变换器的状态空间变量开关周期平均值的方程
'()()()()()sssTgTTditLdtvtdtvtdt
'()()()()sssTTTdvtvtCdtitdtR
()()()ssgTTitdtit
（2-12）
1.3.2模型线性化
下面用扰动法求解小信号动态模型。我们在输入电压()sgTvt和占空比()dt在直流工作点附近作微小扰动，即：
ˆ()()sgTggvtVvt
ˆ()()dtDdt
于是引起Buck-Boost变换器电路中个状态量和输入电流量的微小扰动，即：
ˆ()()ˆ()()ˆ()()sssTTgTggitIitvtVvtitIit .专业整理.
.学习帮手. （2-13）
将方程（2-13）分别代入变换器的状态空间变量开关周期平均值的方程，我们可以得到：
'ˆ[()]ˆˆˆˆ[()][()][()][()]ggdIitLDdtVvtDdtVvtdt （2-14）
'ˆˆ[()]()ˆˆ[()][()]dVvtVvtCDdtIitdtR
（2-15）
ˆˆˆ()[()][()]ggIitDdtIit
（2-16）
其中''ˆ()()dtDdt，'1DD。
整理方程（2-14），（2-15），（2-16）并略去二阶项，我们可以得到Buck-Boost变换器线性化小信号交流模型为：
'ˆ()ˆˆˆ()()()()ggditLDvtDvtVVdtdt
（2-17）
'ˆˆ()()ˆˆ()()dvtvtCDitIdtdtR
（2-18）
ˆˆˆ()()()gitDitIdt
（2-19）
1.3.3 统一电路模型 根据方程（2-17），（2-18）和（2-19）我们可以画出Buck-Boost变换器小信号交流模型：
图（2-2）Buck-Boost变换器小信号交流等效模型
现在我们通过变换Buck-Boost变换器小信号等效模型来得到它的统一电路模型。将电压源移至1:D变压器的一次侧，将电流源移至:1D变压器的一次侧，得到图（2-3）
图（2-3）
切开电流源的接地端，连接至A，然后在A点与地之间安装同样的电流源，由于各节点的方程式相同，因此电路等效，如图（2-4）所示
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.学习帮手. 根据戴维南定理，电流源与电感并联可等效为电压源与电感串联，如图（2-5）所示，
图（2-5）
将电流源移至1:D变压器的一侧。并对刚移至1:D变压器一次侧的电流源作前面类似的变换，如图（2-6）所示，
图（2-6）
将两个变压器中间的电压源移至1:D变压器的左边，电感移至:1D变压器的右边。再将两个变压器组合成一个变压器，如图（2-7），
图（2-7）
这里等效低通滤波器的传递函数为： 21()1eeeHsLLCssR，其中2eLLD为有效电感。
定义电压源的系数()gVVsLIesDDD，式中，I为电感电流直流平均值。
根据Buck-Boost电路直流关系
(1)gVDIRDVVD，消去上式中的I、gV，得到22()(1)VsDLesDDR。
通过以上的推导我们就可以得到Buck-Boost变换器的统一模型，如图（2-8）所示，
（2-8）Buck-Boost变换器统一电路模型
1.4 Buck-Boost变换器控制到输出的传递函数
由统一电路模型我们可以得到由控制到输出的传递函数为，
