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BUCK-BOOST电路效率分析 姓 名：孙 超 （201030210715） 李庆振（201030210717） 卢兴军（201030210725） 指导老师： 吴卫民老师 物流工程学院 院（部）电力电子与电力传动 专业 2011年1月 BUCK-BOOST电路效率计算 BUCK-BOOST电路简要分析 1.1 概述 电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋。其中Buck-Boost变换器既可以提升电压又可以降低电压,其电路拓扑简洁,输入电压范围宽,负载短路时可靠性高等优点,但是其输出电压极性与输入电压极性相反。由于同一个电池不能被同一装置中的多个部分作为电源使用,而且其他拓扑电路需要使用变压器或线性调节器,致使装置的重量增加、效率降低。因此最可行的拓扑结构就是 Buck-Boost DC /DC变换器,因此对其研究对电子设备有很深远的意义。本文详细的分析了Buck-Boost电路中各器件的损耗问题，并且详细的计算其效率，对以后的深入研究具有长远意义。 1.2 理想电路工作原理分析 Buck-Boost 变换器是输出电压既可以高于也可以低于输入电压的单管不隔 离DC-DC 拓扑。主电路的元件由开关管，二极管，电感，电容等构成。输出电压的极性与输入电压相反。这里只考虑Buck-Boost 变换器电感电流连续工作方式。 为分析稳态特性，简化推导公式的过程，特作以下几点假设： （1）开关晶体管、二极管均为理想器件，也就是可以快速的导通与关断，而导通时压降为零，关断时漏电流为零 （2）电感电容为理想元件。电感工作在线性区而为饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。 （3）输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到可以忽略。 图 1.1 Buck-Boost电路图 首先对MOSFET的开关状态进行分析，当MOSFET开通时，电路中分为两个回路：一个是个Vg－MOSFET－L回路，此时电源向电感充电，如图1.2；另一回路是C--R，电容向电阻供电保持负载电压稳定， 图 1.2 MOSFET开通时等效电路 当MOSFET开关管关断时，电感由于电流不能突变，产生反向自感电动势，此时由于二极管承受正向电压而开通，电感通过二极管续流，给负载供电以维持输出电压不变，同时也给电容充电， 图1.3 MOSFET关断时等效电路 电路各个时刻的电压电流一个周期波形如下图所示： 电压增益： 设开关管 MOSFET的导通占空比为D，二极管导通占空比为，稳态时，由电感电压由伏秒平衡可得： 解得： 1.3 非理想电路分析 要求得实际电路的效率就必须对电路中存在的多种损耗进行考虑，需要我们就对实际电路进行分析，这里我们主要考虑到MOSFET的通态等效电阻，电感的等效电阻及二极管的等效（等效电压源和一个电阻）。于是可以到下面两个电路分别为MOSFET的导通和关断状态，如图1.4、图1.5，其中Ron代表MOSFET的通态电阻，Rd代表二极管的通态电阻，代表二极管的等效电压源，代表电感工作时的等效电阻。 图 1.4 非理想情况MOSFET开通状态 图 1.5非理想情况MOSFET关断状态 对于上面两个电路最小无纹波近似并列出其KCL、KVL方程： 式（1.1） 式（1.2） 将式（1.1）代入式（1.2）得： 式（1.3） 化简得： 式（1.4） 由式1.4我们可以画出等效的电路图，如下图： 图1.6 根据受控源的比例关系可以画出变压器模型，如下图： 图1.7 等效变压器模型 于是我们就可以把输出电压Vo表示出来 式（1.5） 器件的选择 2.1 基本参数的处理 输入电压：Vg=50V， 输出电压： Vo= -20V， 开关频率：=100KHz， 负载：R=4 下图为电感电流与电容电压的波形 图2.1电感电流与电容电压波形 由纹波率的要求，可以求得电路的滤波电感量与电容量如下所示：