电力电子技术课程设计
课题：48W BUCK/BOOST电路设计
班级： 学号： 姓名： 专业： 电力电子技术 系别： 自 动 化 学 院 指导教师：
淮阴工学院自动化学院
2017年3月
1.背景应用
1.单管BUCK-BOOST:是非隔离升降压（输出可高于或低于输入电压）式PWM DC/DC
转换电路，其输出电压与输入电压方向相反，开关MOS管是高端驱动，因此可工作在BUCK和BOOST两种工作状态，工作时序比BOOST复杂需要分别进行分析。2.双管BUCK-BOOST：是非隔离升降压（输出可高于或低于输入电压）式PWM DC/DC
转换电路，其输出电压与输入电压方向相同。开关MOS管是高、低端驱动，存在BUCK和BOOST两种工作状态相互切换的问题，用硬件不易实现PWM，用软件（如DSP）比较容易实现，不易产生工作状态切换不稳定性问题。
2.buck/boost主电路工作原理
2.1设计任务
1、分析buck/boost电路工作原理，深入分析功率电路中各点的电压波形和各支路的电流波形；
2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级，并给出所选器件的型号，设计变换器输出滤波电感及滤波电容。
3、给出控制电路的设计方案，能够输出频率和占空比可调的脉冲源。4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试
2.2原理分析
升降压斩波电路的原理图如图1所示。由可控开关Q、储能电感L、二极管D、滤波电容C、负载电阻RL和控制电路等组成。
1
V1QL图表 1 BUCK-BOOST主电路
图表 2 电感、电容的电压、电流波形
当开关管Q受控制电路的脉冲信号触发而导通时，输入直流电压V1全部加
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DCIoRLV2+-于储能电感L的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D反向偏置截止，储能电感L将电能变换成磁能储存起来。
电流从电源的正端经Q及L流回电源的负端。经过ton时间以后，开关管Q受控而截止时，储能电感L自感电势的极性变为上负下正，二极管D正向偏置而导通，储能电感L所存储的磁能通过D向负载 RL释放，并同时向滤波电容C充电。经过时间Toff后，控制脉冲又使Q导通，D截止，L储能，已充电的 C向负载RL放电，从而保证了向负载的供电。此后，又重复上述过程。由上述讨论可知，这种升降压斩波电路输出直流电压V2的极性和输入直流电压升降压斩波电路V1的极性是相反的，故也称为反相式直流交换器。
2.3电路运行状态分析
Q+Vin-LfiLfCf+DRLD-Q+LfDiLfCf+RLD-Vo+VoVin+-(a) Q导通 (b) Q关断，D续流
图表 3 buck/boost不同开关模态下等效电路
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。
a.在开关模态1[0～ton]：
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：
LfdiLfdt?Vin(2-1)
Io?CfVoRLD(2-2)(2-3)
dVo?Iodtt=ton时，电感电流增加到最大值iLmax，Q关断。在Q导通期间电感电流增
3
加量?iLf?iLf?Vin?DyTLf(2-4)
b.在开关模态2[ton ~ 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，
iLf在输出电压Vo作用下下降：
LfiLf?CfdiLfdt?Vo(2-5)
dVodVV?Io?Cfo?odtdtRLD(2-6)
t=T时，iLf见到最小值iLmin，在ton ~ T期间iLf减小量?iLf为：
?iLf?VoV?toff?o(1?Dy)TLfLf (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iLf的增长量应等于Q关断期间iLf的减小量，或作用在电感Lf上电压的伏秒面积为零，有输入输出电压关系：
DyVo?Vin1?Dy (2-8)
由(2-8)式，若Dy=0.5，则Vo=Vin；若Dy<0.5，则Vo Dy>0.5，Vo>Vin。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 DyIi?Io1?Dy (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 Uce?UD?Vin?Vo?VinV?o1?DyDy (2-10) 由图1-2可见，电感电流平均值iLf等于Q和D导通期间流过的电流平均值 4
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