一種大升壓比四端組合DC/DC變換器分析與仿真

摘要：提出一種Boost、Buck－Boost四端組合升壓DC/DC變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；從理論上證明其升壓比（增益）是Boost變換器的（1＋D）倍。仿真結(jié)果表明，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的優(yōu)點(diǎn)；并可實(shí)現(xiàn)無(wú)紋波傳遞。對(duì)于中小功率電源有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：Boost變換器升壓比Buck－Boost變換器

1引言

　　BoostDC/DC變換器電路以其固有的升壓特性和電路拓?fù)涞暮?jiǎn)單而受到重視，并得到越來(lái)越多的使用。在許多場(chǎng)合都要求在低輸入電壓的情況下，輸出盡可能高的直流電壓。傳統(tǒng)的BoostDC/DC變換器只具有（D：占空比）的升壓比，因此有時(shí)不得不采用附加電路的方法來(lái)獲得更高的升壓比[1]。本文提出一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的四端組合式升壓DC/DC變換器，理論上它具有的升壓比。同時(shí)，本文對(duì)其進(jìn)行了分析和仿真。

2原理概述

　　主電路如圖1所示，其中負(fù)載RO左側(cè)為一BoostDC/DC變換器，右側(cè)為一Buck－BoostDC/DC變換器，因此當(dāng)電路工作于連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）時(shí)，

圖1

圖2

　　式中：D=Ton/T,見(jiàn)圖2，可見(jiàn)與傳統(tǒng)的BoostDC/DC變換器相比，本電路具有更高的升壓比，且電路是一個(gè)四端結(jié)構(gòu)。

3主要參數(shù)分析

　　為了分析方便，作如下假設(shè)：①元器件是理想的;②輸出電壓UO無(wú)紋波。在圖1所示的主電路中V1、V2代表高頻開關(guān)管，VD1、VD2是續(xù)流二極管。V1、V2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，電路工作于兩種狀態(tài)：

圖3

　?。?）t0－t1時(shí)段。V1、V2同時(shí)導(dǎo)通，等效電路如圖3所示，這時(shí)Ui分別加在L1、L2兩端，故iL1、iL2線性上升，電感L1、L2貯存能量，

同時(shí)由于開關(guān)管V1、V2導(dǎo)通，VD1、VD2受反壓而截止，因此C1、C2放電釋放能量，給負(fù)載提供工作電流，U1（正值）下降，U2（負(fù)值）上升。

　?。?）t1－t2時(shí)段。V1、V2同時(shí)關(guān)斷，等效電路如圖4所示，這時(shí)，由于L1、L2的電流iL1、iL2不能突變，故VD1、VD2導(dǎo)通續(xù)流；同時(shí)C1、C2分別被充電而貯能，U1（正值）上升、U2（負(fù)值）下降。L1、L2釋放在Ton期間貯存的能量，所以iL1、iL2線性下降。忽略二極管壓降，L1、L2兩端分別加有－（U1－Ui）和－U2的電壓，

圖4

由式（8）及（9）可得輸出電壓為：即升壓比，可見(jiàn)該電路的升壓比是傳統(tǒng)Boost電路的1＋D倍。具體工作波形如圖5所示。

圖5 [!--empirenews.page--]

　?。?）零紋波的實(shí)現(xiàn)。由圖5及圖3可知在V1、V2導(dǎo)通期間有下式成立：

UL1=Ui(11)

UL2=Ui(12)

同理，由圖5及圖4可知在V1、V2關(guān)斷期間有下式成立：UL1=－(U1－Ui)(13)

UL2=－U2(14)

綜合式（11）、（12）、（15）、（16）可知，不論在開關(guān)管導(dǎo)通期間，還是截止期間，電感L1、L2上的電壓UL1、UL2都相同；因此可以用一個(gè)集成耦合電感器代替L1、L2，從而實(shí)現(xiàn)零紋波工作。具體推證詳見(jiàn)文獻(xiàn)[3][4]。

4仿真結(jié)果

　　為了檢驗(yàn)理論分析的正確性，應(yīng)用PSPICE電路仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真分析，仿真波形如圖6及圖7所示。其中Ui=48V、L1=L2=1000μH、C1=C2=100μF、RO=30Ω、開關(guān)頻率f=20kHz、D=0．7。

圖6為負(fù)載及電容的電壓波形

圖7為局部細(xì)圖。

5結(jié)論

本文從理論和仿真兩個(gè)方面對(duì)該電路進(jìn)行了分析、驗(yàn)證，表明該電路具有可行性。相對(duì)于傳統(tǒng)的BoostDC/DC變換器而言，該電路具有更大的升壓比，可達(dá)；并且兩個(gè)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致，不存在死區(qū)問(wèn)題，控制方便。由于負(fù)載RO跨接在電容C1、C2兩端，因此增大C1、C2的值可明顯減小輸出電壓UO的紋波，從而可免去濾波器的設(shè)計(jì)，并推證了該電路可實(shí)現(xiàn)零紋波輸出。所以，該電路可應(yīng)用于中小功率電源，適用于體積要求比較小的情況，從而實(shí)現(xiàn)電源的小型化。