极性反转升降压变换器浅析

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1、极性反转升降压变换器浅析科技创新实验室（成都信息工程学院，四川，成都610225）摘要：极性反转升降压（Buck-Boost）变换器是一种流行的非隔离式的开关电源变换器。这种拓扑结构的电路，可以得到比输入级电压幅值更高或更低的、与输入级电压极性相反的输出电压，具有降压（Buck）变换器和升压（Boost）变换器的双重作用，电路拓扑结构简单、应用广泛。关键词：开关电源；DC-DC变换器；Buck-Boost升降压电路；高效率；直流电源设计中图分类号：TM131.3文献标识码：AAnalysis oftheBuck

2、-Boost ConverterSuZhen(ChengduUniversityofInformationTechnology,SichuanChengdu,China,610225)Abstract：Buck-Boostconverterisapopularnon-isolatedswitchingpowerconverter.Using thecircuitofthistopology,youcan get a higherorlower than the inputstage voltage amplit

3、ude andoppositepolarityoutputvoltage.Buck-boost circuithasa dualrole of the Buckconverter and BoostCircuit, and simplestructure, hasbeenwidelyused.Keywords：Switchingpowersupply;DC-DCconverter;Buck-Boost circuit;Highefficiency;DC powersupplydesign1．前言随着电力电子技术

4、的迅速发展，高频开关电源已广泛应用于计算机、邮电通信、工业加工和航空航天等各领域。Buck-Boost变换器作为开关电源中非隔离式拓扑结构电路的代表，其集Buck电路与Boost电路于一体，是电源初学者学习开关电源最好的选择。2．电路结构极性反转型（Buck-Boost）变换器主电路由开关管VT1、储能电感L1、整（续）流二极管VD1及滤波电容C1等元器件组成。这种电路具有Buck变换器降压和Boost变换器升压的双重作用。其输出电压的极性和输入电压是相反的，故称升降压反极型变换器。8图表1Buck-Boost

5、电路拓扑图1．电路工作原理Buck-Boost变换器有电感电流连续和断续两种基本工作方式，三种等效开关工作模态，如图表2所示。电感电流连续与断续边界称为临界连续或临界断续。图表3为主要波形图。图表2Buck-Boost变换器三种开关状态等效电路a.VT1导通；b.VT1截止；c.VT1关断时的电感电流为0注：a、b、c图中虚线表示相关回路断开。8图表3Buck-Boost变换器主要波形a．电感电流连续b.电感电流断续2.1电感电流连续情况下Buck-Boost变换器工作原理和相关关系式Buck-Boost变换器

6、在电感电流连续情况下的等效电路如图表2a、b所示，主要相关波形如图表3a所示，并假定变换器无损耗。占空比D=Ton/Ts，Ts为开关管VT1的开关周期，Ton为开通时间。在t0，开关管VT1导通，电感L1上加上电压Vin，电感电流线性增加，L1开始储能。在t=Ton时，电感电流达到最大值ILmax，电感电流在0~Ton的变化量为（1）在导通时间结束时刻（t=Ton）开关管VT1截止，由于电感电流不能突变，维持电感电流继续经负载、二极管VD1流动，并对电容C18充电，把导通期间电感中存储的能量传输到输出回路，电感

7、电流从最大值ILmax线性下降，此时电感电流的变化量为（2）根据一个周期内稳态时开关导通和截止期间电感电流变化相等的原则，即（3）求取输出电压Vo与输入电压Vin之间的表达式为（4）从式（4）当D=0.5时，Vin=Vo；当D<0.5时，Vo0.5时，Vo>Vin,实行升压工作。同时从图表2可以看出，无论储能电感L1向负载传输能量，还是滤波电容C1向负载释放储能的放电电流，其方向都是下正上负，所以这种变换器被称为升降压反极性变换器。它不仅对输入电压Vin实现升压和降压功能，还可将输入

8、电压的极性反向至输出端。2.2电感电流续断情况下Buck-Boost变换器工作原理及主要关系式VT1导通期间的状态与电感电流连续时情况相同，加在电感L1两端的电压为Vin，流过电感的电流随时间线性变化，其值为Vin/L1，在Ton期间内的电感L1的储能为（5）则一个周期内的平均功率PAVG为（6）由于变换器假定无损耗，电感L1的储能完全传送到输出，即PANG=VoIo，则可得出输出电压