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车辆航海航空航天电力系统Buck-Boost变换器

时间:2023-10-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:然而Buck-Boost变换器可以控制占空比,既可以使输出电压高于输入电压,也可以使输出电压低于输入电压。图2-23 DC/DC Buck-Boost变换器从图2-23所示的电路可以看出,与其他所研究的拓扑结构不同的是,这个拓扑结构的输出电压与输入电压极性相反。根据电路的元件值,变换器可以工作在连续导通模式和断续导通模式。图2-25 开关断开下的DC/DCBuck-Boost变换器从电路图我们可以清晰地看出二极管提供电感电流路径。图2-28描绘了DCM运行状态下DC/DC Buck-Boost变换器波形。

车辆航海航空航天电力系统Buck-Boost变换器

在Buck变换器中,输出电压永远低于输入电压。相反,在Boost变换器中,输出电压则永远高于输入电压。然而Buck-Boost(降压-升压)变换器可以控制占空比,既可以使输出电压高于输入电压,也可以使输出电压低于输入电压。图2-23描绘了这种变换器的电路。

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图2-23 DC/DC Buck-Boost变换器

从图2-23所示的电路可以看出,与其他所研究的拓扑结构不同的是,这个拓扑结构的输出电压与输入电压极性相反。因此共地在这种拓扑结构中是不适用的。根据电路的元件值,变换器可以工作在连续导通模式和断续导通模式。

在CCM运行状态,当开关接通(0<tDT)时,变换器电路如图2-24所示。

如图2-24所示,当开关闭合,输入电压施加在电感两端。在另一边,由于二极管两端的负电压,二极管反向偏置,因此二极管没有电流。负载由于电源断开而由电容供电。因此,当开关闭合时,电感电流线性地增加。在这一时期,电感开始储存能量。电容通过负载放电。在这期间的变换器的不同参数和变量数学式如下:

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图2-24 开关闭合下的DC/DCBuck-Boost变换器

在开关断开时(DTtT),变换器电路如图2-25所示。

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图2-25 开关断开下的DC/DCBuck-Boost变换器

电路图我们可以清晰地看出二极管提供电感电流路径。因为开关是断开的,此时没有来自电源的输入电流和开关电流。相反,二极管导通时,有了电流,且等于电感电流。实际上,电感对电容和负载同时供电。在这一期间,电感消耗能量而电容被充电。电感电流在同一个方向线性地减小。在这个断开期间,电路状态方程如下:

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从式(2-10)和式(2-11)可以得到

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图2-26描绘了在CCM运行状态下的电感电压和电流波形。

如前所述,电感电流在接通时期线性增加,在断开时期线性减小。当开关闭合时,输入电压出现在电感两端,当开关断开时输出电压出现在负载两端。事实上,这种变换器拓扑结构的优势在于输入电流和输出电流是独立的。它们不通过电感相互干涉。这种特性使得设计一个更为强大的控制器成为可能。

如前面所解释的两个拓扑结构一样,CDCM运行状态对设计考虑是非常重要的。对于给定的输入电压范围、负载范围和所要求输出电压,通过研究CDCM运行状态,电感值和占空比可以确定下来。如果电压纹波也具体给出的话,则设计出输出电容也是可能的。当变换器工作在临界状态时,电感电压和电流如图2-27所示。

图2-28描绘了DCM运行状态下DC/DC Buck-Boost变换器波形。可以看出,电感电流为零的时间比CDCM运行状态下要长得多。

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图2-26 CCM运行状态下的电感电压和电流波形

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图2-27 CDCM运行状态下的DC/DC Buck-Boost变换器波形

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图2-28 DCM运行状态下的DC/DC Buck-Boost逆变器波形

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