变换器的输出纹波电压分析与最小电感设计

题目：Buck-Boost电路建模及分析摘要：作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。

而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。

为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分析。

稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式，并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式；接着推导了状态空间模型，以在MATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。

小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制波特图进行了验证。

经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。

关键词：Buck-Boost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真1.概论现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。

本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。

直流开关电源的核心是DC-DC变换器。

作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。

DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1]，如图1-1所示。

其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。

(a) Buck型电路结构(b) Boost型电路结构(c) Buck-Boost型电路结构图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究，以优化开关电源的性能和提高设计效率。

正激变换器变压器以及输出电感的简单计算首先，我们来讨论变压器的计算。

变压器是利用电磁感应原理工作的电子设备，可以将输入的直流电压变换成输出的交流电压。

变压器由一个原边线圈和一个副边线圈组成，通过改变线圈的匝数比可以实现电压的变换。

变压器的电压变换比由下式给出：Vp/Vs=Np/Ns其中Vp和Vs分别为主线圈(原边)和副线圈(副边)的电压，Np和Ns分别为主线圈和副线圈的匝数。

根据这个公式，我们可以根据所需的输出电压和输入电压来选择变压器的参数。

例如，如果我们需要将输入电压12V转换为输出电压120V，假设变压器的匝数比为10:1，即Np/Ns=10:1、那么我们可以通过求解下面的方程来计算出主线圈和副线圈的匝数：12V/Vs=10/1得到Vs=1.2V。

因此，我们需要选择一个副线圈匝数为1.2的变压器，以实现输入电压到输出电压的变换。

接下来，我们来讨论输出电感的计算。

输出电感通常用于滤波和稳压，它可以减少输出电压中的纹波和噪声。

输出电感的电感值取决于所需的滤波效果和负载电流。

一般来说，输出电感的电感值越大，滤波效果越好。

输出电感的计算可以通过下面的公式给出：L=(Vr*T)/(ΔI*2),其中L为输出电感的电感值，Vr为输出电压的纹波峰峰值，T为一个纹波周期的时间，ΔI为负载电流的纹波值。

例如，如果我们需要输出电压的纹波峰峰值为0.1V，负载电流的纹波值为0.02A，一个纹波周期的时间为10ms。

那么根据上面的公式，输出电感的电感值可以通过计算得到。

L = (0.1V * 10ms) / (0.02A * 2) = 0.25H。

因此，我们需要选择一个电感值为0.25H的输出电感，以实现所需的滤波效果和稳压。

综上所述，正激变换器中变压器和输出电感的计算涉及到输入输出电压之间的变换比、负载电流的变化以及所需的滤波效果。

通过合理地选择变压器参数和输出电感的电感值，可以实现正激变换器的正常工作和所需的电力转换效果。

BUCK-BOOST电路工作过程分析及说明一、直流斩波电路的基本原理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，其电路如图4.8。

与Buck和Boost电路不同的是，电感L f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和断续两种工作方式，此处以电感电流在连续状态下的工作模式。

图4.8是电感电流连续时的主要波形。

图4.10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4.11(a)的开关管Q导通时的工作模态，图(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。

V o图4.9电路ArrayVi LFi Qi DV图4.10感电流连续工作波形V oV o(a) Q 导通 (b) Q 关断，D 续流图5.11 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。

1.在开关模态1[0~t on ]：t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供：f L fin di L V dt=(2-1)oo LDV I R =(2-2)ofo dV C I dt= (2-3)t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。

在Q 导通期间电感电流增加量f L i ∆f inL y fV i D T L ∆=⋅ (2-4)2.在开关模态2[t on ~ T]:t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压Vo 作用下下降：f L fo di L V dt=(2-5)f o o oL fo f LDdV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6)t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ∆为：(1)f o o L off y f fV Vi t D T L L ∆=⋅=- (2-7)此后，Q 又导通，转入下一工作周期。

高压尖端放电控制技术研究作者：陈国际余志勇来源：《科学与财富》2018年第07期摘要：本文对高压尖端放电控制技术进行了研究，控制电路包括脉宽调制推挽电路、BOOST升压电路、倍压整流电路、放电控制电路等。

设计了高压尖端放电控制电路。

关键词：高压尖端放电；推挽电路；BOOST升压电路；倍压整流电路；放电控制电路1 前言一切电流通过气体的现象称为气体放电或气体导电。

气体放电按照维持放电是否必需外界电离源而分为非自持放电和自持放电。

高压尖端放电就是利用非自持放电的物理特性，通过高压放电电路产生的高电压加载到电极上，由于电极端部曲率半径很小，高电压使得电极尖端表面附近产生很强的电场，电极附近的气体会被局部击穿而产生高压放电现象。

2 尖端放电能量分布机理根据Masao和Tachikura的研究分析，由于电极之间放电能量分布不均匀，导致电弧轴向上的温度也是呈不均匀分布的，如图1所示。

放电电弧的能量分布可以通过单位面积内的电流密度I（A，m2）来表示：其中I为高压放电时，两电极之间流过的电流，在X-Y平面内，令r2=x2+y2，Z为两个电极之间位置变量。

σ（z）为Z轴方向任意位置处电流密度的宽度，它是服从高斯分布的曲线。

σ（z）由以下公式给出：其中σ0表示两个电极的中心位置z=0处的电流分布宽度，C为热辐射量在方向上的常量。

由公式（1）和公式（2）可以看出，放电过程中，在电极的尖端处的温度最高，两个电极尖端连线的中心位置z=0温度最低。

尖端放电产生的能量分布如图2所示。

3 高压尖端放电控制系统本文所述的高压放电控制系统主要由脉宽调制推挽电路、BOOST升压电路、倍压整流电路、放电控制电路等几个关键电路组成。

3.1 脉宽调制推挽电路本文选用TL494集成电路芯片作为高压发生电路的核心元器件，可以实现双端推挽方式输出，为高压放电产生电路的升压变压器初级提供稳定的直流电压。

TL494是一个电压驱动型脉冲宽度调制控制集成电路，它的内部结构简化图如图3所示。

基于倍压整流电路的高压交流电源设计徐周;王宏华;郭鹏;赵鑫【摘要】传统高压交流电源通常由高频交流(HF)变压器、整流滤波电路和逆变桥正弦脉宽调制(SPWM)主电路组成.设计高频高压变压器是传统高压交流电源设计中的难点.提出一种新型小功率高压交流开关电源设计方案,采用倍压整流技术和升压斩波(BOOST)电路实现升压,避免了设计高频高压变压器时的绝缘距离受限制、空载电流过大,高频振荡回路可靠性低等问题,简化小功率高压交流电源拓扑结构,具有设计简洁,稳定可靠的优点.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)013【总页数】4页(P191-194)【关键词】倍压整流;升压斩波;小功率;高压交流电源【作者】徐周;王宏华;郭鹏;赵鑫【作者单位】河海大学,南京211100;河海大学,南京211100;河海大学,南京211100;河海大学,南京211100【正文语种】中文【中图分类】TM832自全控型开关器件全面发展以来，开关电源技术也在不断创新。

现代科技对电源的性能要求越来越高，在高压电源的设计中，通常采用增加变压器的变比(即增加次级绕组匝数)的方法获得较高电压;由于变压器绕组的层间寄生电容和线间寄生电容的影响，在变压器工作中会出现很大的充放电电流和噪声。

高频变压器还存在绝缘距离受限、空载电流大、功率因数低、发热问题严重，功率的输出受限等问题，设计难度较大［1］。

本文针对小功率高压交流开关电源领域，提出一种基于倍压整流电路的设计方法，避免使用高频变压器，降低了电源的设计难度，减轻装置重量，提高了系统的可靠性和稳定性。

1 主电路工作原理简介如图1(使用MATLAB/POWERSYSTEM绘制)所示系统总电路图，以设计额定输出功率1 kW，频率50 Hz，输出电压峰值900 V单相交流电源为例。

该拓扑结构由三级电路构成。

工频220 V交流电源AC，二极管D1、D2，储能电容C1、C2、限流电阻 R1、R2构成第一级C－W二倍压整流电路。

buck纹波电压公式
Buck纹波电压公式是Vrpp = Ldi/dt × (Vin/Vout)，其中Vrpp 表示输出端纹波电压的峰峰值，L表示电感，i表示电感电流，t表示时间，Vin表示输入电压，Vout表示输出电压。

该公式计算了在buck 变换器中输出端纹波电压的大小，这与输入电压、输出电压、电感的大小和电感电流变化的速率有关。

对于设计和调整buck变换器的工程师来说，了解该公式可以帮助他们评估设计是否满足要求，以及如何优化设计以获得更好的性能。

除了Buck纹波电压公式，还有一些相关的公式和考虑因素，可以帮助优化buck变换器的性能。

例如，电感的大小和电流变化率将影响变换器的效率和纹波电压，而输出电容的大小和ESR值也会影响纹波电压和输出稳定性。

此外，频率选择、开关MOSFET的选择和设计以及其他电路元件等因素也会影响buck变换器的性能，需要在设计过程中全面考虑。

5.2 反激变换器反激变换器就是在Buck-Boost变换器的开关管与续流二极管之间插入高频开关变压器，从而实现输入与输出电气隔离的一种DC-DC变换器，因此，反激变换器实际上就是带隔离的Buck-Boost变换器。

反激变换器能量传输的时机与正激变换器正好相反，它是在开关关断期间向负载传输能量。

由于反激变换器的高频变压器除了起变压作用外，还相当于一个储能电感，因此，反激变换器也称之为“电感储能式变换器”或“电感变换器”。

5.2.1 单管反激变换器的组成和工作原理1. 单管反激变换器的电路组成及工作原理单管反激变换器的主电路结构如图5.2.1所示，图中V i为输入电压、V O为输出电压、i O 为输出电流、VT为开关管，VD为续流二极管、C为输出滤波电容、R L为负载电阻。

L1、L2为高频变压器T的原、副边分别对应的电感，流过原、副边的电流分别为i N1、i N2，变压器变比n=N1/N2，变压器变比的倒数用“γ”表示，即γ= N2/N1（后面的分析会发现：对于反激变换器，其有关表达式中用“γ”表示更好）。

oV图5.2.1单端反激变换器的主电路图单管反激变换器的工作原理：在开关管VT导通期间，输入电压V i加在一次电感L1上，流过原边的电流i N1线性增加，高频变压器将电能转换成磁能储存在电感L1中。

因二次绕组同名端与一次绕组同名端相反，使得整流二极管VD因反偏而截止，二次侧无电流流过，负载仅由输出滤波电容C提供电能。

在开关管VT关断期间，流过原边的电流i N1变为零，其变压器二次侧感应电压使续流二极管VD正偏而导通，储存在变压器原边电感L1中的磁能通过互感耦合到L2，变压器释放能量，流过变压器副边的电流i N2线性减小。

可见，反激变换器的高频变压器实际是一个初级与次级紧密耦合的电感器。

显然，对于反激变换器，当晶体管导通时，高频开关变压器的初级电感线圈储存能量；而当晶体管关断时，初级线圈中储存的能量才通过次级线圈释放给负载，即反激变换器在开关管导通期间储存能量，而在开关管关断期间才向负载传递能量。

直流变换器课程设计建筑电气与智能化专业《电力电子技术》课程设计课题课题直流变换器的设计班级学号姓名设计时间指导教师盐城工学院电气工程学院2014年1月6日目录第一章．设计概要1.1 技术参数1.2 设计要求第二章．电路基本概述第三章. 电力总体设计方案第一章．设计概要1.1 技术参数：输入直流电压V in=42V，输出电压V o=12V，输出电流I o=3A，最大输出纹波电压50mV，工作频率f=100kHz。

1.2 设计要求：（1）设计主电路，建议主电路为：采用BUCK变换器，大电容滤波，主功率管用MOSFET；（2）选择主电路所有图列元件，并给出清单；（3）设计MOSFET驱动电路及控制电路；（4）绘制装置总体电路原理图，绘制：MOSFET驱动电压、BUCK电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）；（5）编制设计说明书、设计小结。

第二章．电路基本概述直流斩波电路（DC Chopper）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，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter）。

直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，输入与输出不之间不隔离。

直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。

Buck电路作为一种最基本的DC/ DC 拓扑，结构比较简单，输出电压小于输入电压，广泛用于各种电源产品中。

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可以分为脉冲宽度调试、频率调制和混合型三种控制方式，Buck 电路的研究对电子产品的发展有着重要的意义。

MOSFET特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

题目： Buck变换器工作原理分析与总结目录一、关于Buck变换器的简单介绍 (2)1、Buck变换器另外三种叫法 (2)2、Buck变换器工作原理结构图 (2)二、Buck变换器工作原理分析 (3)1、Buck变换器工作过程分析 (3)2、Buck变换器反馈环路分析 (4)3、Buck变换器的两种工作模式 (4)1）Buck变换器的CCM工作模式 (5)2）Buck变换器的DCM工作模式 (6)3）Buck变换器CCM模式和DCM模式的临界条件 (7)4）两种模式的特点 (8)4、Buck变换器电感的选择 (8)5、Buck变换器输出电容的选择和纹波电压 (9)三、Buck变换器工作原理总结 (10)Buck 变换器工作原理分析与总结一、关于Buck 变换器的简单介绍1、Buck 变换器另外三种叫法1. 降压变换器：输出电压小于输入电压。

2. 串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

3. 三端开关型降压稳压电源：1) 输入与输出的一根线是公用的。

2) 输出电压小于输入电压。

2、Buck 变换器工作原理结构图GabcWMV Gd图1. Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。

而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。

二、Buck 变换器工作原理分析1、Buck 变换器工作过程分析图2. Buck 变换器的工作过程为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：1) 开关元件M1和二极管D1都是理想元件。

它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；2) 电容和电感同样是理想元件。

电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。