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Buck-Boost变换器原理.

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Buck变换器原理

Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。

1.线路组成

图1（a）所示为由单刀双掷开关S、电感元件L和电容C组成的Buck变换器电路图。图1(b)所示为由以占空比D工作的晶体管Tr、二极管D1、电感L、电容C组成的Buck变换器电路图。电路完成把直流电压Vs转换成直流电压Vo的功能。

图１ Buck变换器电路

2.工作原理

当开关S在位置a时，有图2 (a)所示的电流流过电感线圈L，电流线性增加，在负载R上流过电流Io，两端输出电压Vo，极性上正下负。当is>Io时，电容在充电状态。这时二极管D1承受反向电压；经时间D1Ts后（，ton为S在a位时间，Ts是周期），当开关S在b位时，如图2（b）所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持其电流iL不变。负载R两端电压仍是上正下负。在iL0，开关打开时，is=0，故is是脉动的，但输出电流Io，在L、D1、C作用下却是连续的，平稳的。

图２ Buck变换器电路工作过程

Boost变换器

Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。

1.线路组成

线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压Vs升压到Vo的功能。

图１

2.工作原理

当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流iL流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时，电容C放电，R上流过电流Io，R两端为输出电压Vo，极性上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接Vs负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持iL不变。这样线圈L磁能转化成的电压VL与电源Vs串联，以高于Vo电压向电容C、负载R供电。高于Vo时，电容有充电电流；等于Vo时，充电电流为零；当Vo有降压趋势时，电容向负载R放电，维持Vo不变。

图２ Boost变换器电路工作过程

由于VL+Vs向负载R供电时，Vo高于Vs，故称它为升压变换器。工作中输入电流is=iL是连续的。但流经二极管D1电流确实脉动的。由于有C的存在，负载R上仍有稳定、连续的负载电流Io。

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简析BOOST-BUCK变换器

简析BOOST-BUCK变换器

Ⅰ 引言

目前，功率因数校正问题是许多电器设备都需要解决的问题。对此，人们提出了许多的电路拓扑和控制方案来解决它。其中运用较为广泛的是利用BOOST型变换器来做功率因数校正。这是因为BOOST变换器具有许多其他电路拓扑所不具有的优点，例如输入电流连续，控制简单等。但是BOOST变换器的输出电压必须要比输入电压高，这使得在许多场合中需要再增加一级直流变换器来调整其输出电压，例如BUCK变换器。电路如图1所示，造成了电路成本高，驱动复杂等缺点。对此本文提出了一种新型的BOOST-BUCK电路拓扑，其电路结构如图2所示。该变换器具有BOOST型变换器的大多数的优点，同时还具有输出电压可调范围大，输出电流连续等优点。比较图1和图2，我们可以看出BOOST-BUCK变换器是由BOOST变换器加BUCK变换器集成而成的，通过共用功率MOS管Ms来实现功率因数校正和输出电压的调节的。

文献「2」指出，当利用BOOST变换器做功率因数校正时存在两种主要方法，利用乘法器方法和电压跟随方法。相对于前一种方法，后一种方法仅需要一个开环控制来保持恒定的占空比。当BOOST电路工作在恒占空比的DCM状态就可以实现很高的功率因数。输入电流连续并且近似为正弦波，而且输入电流连续可以进一步减小输入的EMI滤波器。本文采用恒占空比方法来实现功率因数校正。

在稳定状态，功率MOS管工作在固定的频率和固定的脉宽。相对于BOOST变换器，其工作于DCM状态来实现输入的高功率因数；而BUCK变换器则随着负载的变化或工作在CCM或DCM状态。在一个开关周期内，输入电源相当于一个直流电源，为了分析的方便，我们把图2简化一下，如图3所示。

假设该变换器已工作在稳定状态。对应与图4，该变换器的一个开关周期内的各个工作模式分析如下：

 模式（a）t0-t1：在t0时刻，功率MOS管导通。相对于BOOST变换器而言，二极管D1反向截止；电感电流iL1 流经Vs， L1， D3， Ms返回Vs.而对于BUCK变换器，二极管D1反向截止；电感电流iL2 流经C1， L2， C2&R2， D2， Ms返回C1.两电感均存储能量。

buckboost双向变换器研究

buckboost双向变换器研究

Buck-Boost双向变换器研究

Abstract：In the paper, research on a soft-switching bi-directional buck-boost converter is presented. The

converter has 5 different operation modes when inductor current is different. The operation of three

modes under the conditions that inductor current passes through zero is detailed. Analysis results reveal

that under these three operation modes, the zero-voltage-switching of MOSFETs can be obtained, and

the MOSFET body diodes can also be turned on and off naturally without reverse recovery problem.

Finally a design example of a 48V/24V bi-directional buck-boost converter is presented. The appropriate

choice of control loop parameters can make the converter stable at buck and boost operation modes

respectively, and it testifies that the proposed soft-switching bi-directional buck-boost converter is

Buck-Boost变换器的研究

Buck-Boost变换器的研究

南京航空航天大学

硕士学位论文

Buck-Boost变换器的研究

姓名：李宇

申请学位级别：硕士

专业：电机与电器

指导教师：王慧贞

20060201南京航空航天大学硕士学位论文

摘 要

一种新的高可靠性飞机专用电源系统，需要研制一种大功率宽电压输入范

围的DC/DC变换器电源。在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，本

文选用了Buck-Boost作为系统的主电路拓扑。

本文介绍了Buck-Boost电路的工作原理，建立了非理想Buck-Boost平均法的

模型，对整个电路进行了单电压闭环参数设计的研究，实现了控制理论中零极

点补偿法在电力电子中的应用，建立了闭环小信号模型，总结了设计校正网络

的步骤和具体方法。在利用MATLAB设计出校正网络的传递函数后，又在电路

上验证了校正网络参数选择的正确性。接着，本文给出了540W 27-270VDC/28VDC变换器的设计过程，并进行了损耗分析。

为了使系统能够在宽电压输入范围内稳定正常工作，本文实现了提出的变

传递函数系统校正方法在电力电子闭环参数设计中的应用，并与闭环参数设计

方法进行了比较，指出了该方法的优点，并通过仿真和实验验证了该方法的正

确性。

关键字：Buck-Boost，DC/DC变换器，闭环设计，宽电压输入范围，非理想数学

模型

i Buck-Boost变换器的研究

ABSTRACT

DC/DC converter with high power and wide range input voltage was required for

more reliable special aero-power systems. Through comparison of characteristics for

different DC/DC topologies, Buck-Boost converter was selected as main topology of

三电平双向buck boost变换器工作原理

三电平双向buck boost变换器工作原理

1. 引言

随着能源需求的不断增长和环境保护的要求，电力系统的高效能与可再生能源的利用变得越来越重要。双向变换器是一种关键的电力电子设备，用于实现电能的双向流动，可以将电能从一个电源转移到另一个负载，同时还可以将电能从负载反馈到电源。三电平双向Buck-Boost（TBB）变换器是一种常见的双向变换器拓扑结构，具有高效能和高可靠性的特点。本文将详细介绍TBB变换器的工作原理及其相关的基本原理。

2. TBB变换器的结构

TBB变换器由两个互补的功率开关和两个电感组成。其中，两个功率开关可以分别被称为高侧开关和低侧开关。这两个开关可以通过PWM（脉宽调制）控制方式进行开关，从而实现电能的双向流动。TBB变换器的拓扑结构如下图所示：

在TBB变换器中，高侧开关和低侧开关可以通过PWM信号进行控制，实现不同的工作状态。通过控制高侧开关和低侧开关的开关时间，可以实现电能的双向流动，并且能够实现电能的升压和降压功能。

3. TBB变换器的工作原理

3.1 升压模式

在TBB变换器的升压模式下，高侧开关和低侧开关的工作状态如下：

• 高侧开关：打开状态

• 低侧开关：关闭状态

在这种工作状态下，电能从输入电压源流向电感L1，然后通过高侧开关，流向输出负载。在这个过程中，电感L2起到储能的作用，通过储存电感L1中的能量，实现电能的升压功能。当高侧开关打开时，电感L1中的电流开始增加，同时电感L2中的电流开始减小。当高侧开关关闭时，电感L1中的电流开始减小，同时电感L2中的电流开始增加。通过不断重复这个过程，可以实现电能的升压。

3.2 降压模式

在TBB变换器的降压模式下，高侧开关和低侧开关的工作状态如下：

• 高侧开关：关闭状态

• 低侧开关：打开状态

在这种工作状态下，电能从输入电压源流向电感L2，然后通过低侧开关，流向输出负载。在这个过程中，电感L1起到储能的作用，通过储存电感L2中的能量，实现电能的降压功能。当低侧开关打开时，电感L2中的电流开始增加，同时电感L1中的电流开始减小。当低侧开关关闭时，电感L2中的电流开始减小，同时电感L1中的电流开始增加。通过不断重复这个过程，可以实现电能的降压。