48W Buck/Boost电路设计与仿真验证
皂基
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。 遐迩贯珍图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：
(2-1)
(2-2)
(2-3)
t=ton漫威关闭电视部门时，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，在输出电压Vo作用下下降：
(2-5)
单向板肋梁楼盖设计 (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Cpfaf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Dy<0.5，则Vo<Vin；反之，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
(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 环境与可持续发展~ 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18~72V; (2) 输出电压：直流24V; (3) 输出功率：48W 。
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：
由式(2-8)得占空比为：
（0.25~0.57）
由式(2-9)得输入电流为：
（0.67A~2.67A）
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：
（42V~96V）
由式(2-14)得电感电流平均值为：
（-1.2A~6A）
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