电压型控制 Buck 变换器在 CCM 下的环增益

Buck-Boost电路建模及分析

题目：Buck-Boost电路建模及分析摘要：作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。

而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。

为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分析。

稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式，并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式；接着推导了状态空间模型，以在MATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。

小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制波特图进行了验证。

经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。

关键词：Buck-Boost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真1.概论现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。

本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。

直流开关电源的核心是DC-DC变换器。

作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。

DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1]，如图1-1所示。

其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。

(a) Buck型电路结构(b) Boost型电路结构(c) Buck-Boost型电路结构图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究，以优化开关电源的性能和提高设计效率。

开关电源CCM及DCM工作模式

开关电源Buck电路CCM及DCM工作模式一、Buck开关型调整器:图1二、CCM及DCM定义：1、CCM (Continuous Conduction Mode),连续导通模式：在一个开关周期内，电感电流从不会到0。

或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。

2、DCM，(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式：在开关周期内，电感电流总会会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。

3、BCM（Boundary Conduction Mode），边界或边界线导通模式：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。

控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。

如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM变化器是可变频率系统。

BCM变换器可以称为临界导通模式或CRM（Critical Conduction Mode）。

图1通过花电感电流曲线表示了三种不同的工作模式。

图2 电感工作的三种模式电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流o I 的平均值，峰值电流Ip 与谷值电流V I 之差为纹波电流。

三、CCM 工作模式及特点根据CCM 定义，测试出降压变换器工作于连续模式下的波形，如下图3所示。

图3波形1表示PWM 图形，将开关触发成导通和截止。

当开关SW 导通时，公共点SW/D 上的电压为Vin 。

相反，当开关断开时，公共点SW/D 电压将摆到负，此时电感电流对二极管D 提供偏置电流，出现负降压——续流作用。

波形3描述了电感两端电压的变化。

在平衡点，电感L 两端的平均电压为0，及S1+S2=0。

S1面积对应于开关导通时电压与时间的乘积，S2面积对应于开关关断时电压与时间的乘积。

S1简单地用矩形高度（in V -out V ）乘以D sw T ，而S2也是矩形高度-out V t 乘以（1-D ）sw T 。

BUCK变换器轻载时三种工作模式原理及应用

BUCK变换器轻载时三种工作模式原理及应用BUCK 变换器是一种常见的 DC-DC 变换器，用于将一个较高电压的直流输入 voltage 输入转换成一个较低电压的直流输出 voltage 输出。

在轻载条件下，Buck 变换器可以采用三种不同的工作模式，即连续导通模式（Continuous Conduction Mode，简称 CCM）、脉冲调制模式（Pulse Width Modulation，简称 PWM）以及脉冲频率调制模式（Frequency Modulation，简称 FM）。

下面将详细介绍这三种工作模式的原理及应用。

1.连续导通模式（CCM）：在连续导通模式下，Buck 变换器的开关管（开关管处于导通状态）一直处于导通状态，当负载电流小于或等于开关管的平均电流时，该模式适用。

在这种模式下，输出电压是由输出电感上的电流波形形状决定的。

当负载电流较小时，电感上的电流波形会连续地流过开关管，在每个开关周期开始时，电感电流从零电流重新开始增加，然后继续增加直到达到峰值电流，随后开始减小，最后回到零电流。

因此，在连续导通模式下，开关管的在每个开关周期中被连续地开启和关闭。

在应用方面，连续导通模式的Buck 变换器常用于对输出电压精确度要求较高的场合，例如高性能的电子设备、精密仪器等。

2.脉冲调制模式（PWM）：脉冲调制模式是一种开关时间控制模式，适用于轻载和中载条件。

在脉冲调制模式下，开关管的导通时间由控制电路根据负载和输入条件来决定。

随着输出电压的变化，控制电路会调整导通时间，以使输出电压保持在所需的目标值。

在每个开关周期内，开关管的导通时间和断开时间是固定的。

在应用方面，脉冲调制模式的Buck 变换器广泛用于电力转换系统、汽车电子设备等领域。

3.脉冲频率调制模式（FM）：脉冲频率调制模式是一种工作频率控制模式，在负载变化较大的情况下，能保持稳定的输出电压。

这种模式下，开关管的导通时间保持不变，而开关频率会根据负载需求进行调整。

电流型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益

20 log T (s )
40dB
f ′′ p1
∠T( s)
20dB
− 40 dB / dec
Байду номын сангаас
f z1
− 20 dB / dec
fc
0dB
f′ I
-20dB
f′ p2
− 40 dB / dec
90 °
-40dB
0. 1 f ′′ p1
0°
0. 1 f ′′ p2
-60dB
0. 1 f z 1
45 ° / dec
电流型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益
电流型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益
张兴柱博士（1）电流型控制 Buck 变换器的原理图和小信号传递函数框图
v ˆ g ( s)
RL RC d D C Vo R
Vg
S
iL
L
G ′vg ( s)
ˆ i o(s )
Z′o u ( t s)
ˆ v o (s)
驱动器
Rf 1 HVo Z2 Z1 Vc Rf 2
Ri
Fm
G ′vc ( s )
v ˆ ref = 0
Vref
v ˆ e (s )
R i x iL
补偿器
Gc (s )
ˆ v c( s)
Vm Ts
外部斜波
H ( s)
（2）：电流型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益
T ( s ) = H ( s ) × G c( s ) × G ′vc ( s) H (s ) G c( s )
-- 反馈取样传递函数，为常数 -- 补偿器的传递函数（需设计）一般按 CCM 取： Gc ( s ) =

BUCK-BOOST-BUCK-BOOST电路的原理

BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器.图中，Q为开关管,其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。

、Boost变换器：也称升压式变换器,是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器.开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作.电感Lf在输入侧，称为升压电感。

Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式、Buck/Boost变换器:也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。

Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。

Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。

LDO的特点：①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波.斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。

其具体的电路由以下几类:】（1）Buck电路—-降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。

（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

20170402-三个基本功率变换器在CCM下的稳态关系

三个基本功率变换器在 CCM 下的稳态关
普高（杭州）科技开发有限公式张兴柱博士
最基本的 DC-DC 变换器有三个，它们是 Buck 变换器、Boost 变换器和 Buckboost 变换器。根据电感上电压的稳态伏秒平衡定律，可以方便地推导出这三个基本变换器在 CCM 工作模式下的稳态输入输出关系。 1：Buck 变换器的稳态电压增益：
1− D
从得到的输出电压与输入电压之稳态增益关系中，可以看出： Buck 变换器最基本的特性是降压；Boost 变换器最基本的特性是升压；Buckboost 变换器最基本的特性是升降压，且其输出与输入的极性相反。
这三种稳态电压增益关系，分别代表了三种类别的功率变换器，由它们延伸的各种功率变换器拓扑，基本上也可以归结为这三大类，即降压型变换器；升压型变换器；升降压型变换器。
1
为 1 时，且是可以稳定工作的，其原因是在稳态时，因为输出电压和输入电压的相同，导致每一个开关周期内，在电感上既没有激磁，也没有去磁，所以可以长期稳定工作。
不过在实际的产品应用中，一般都会对其控制的最大占空比设一个限制。目的是防止元器件的应力过高，和实现变换器的性能最优。
另外当负载为空载时，这三个基本变换器，在某一占空比控制下的工作均是不可能的，原因是这种情况下的输出电容只有充电，没有放电，导致其安秒的不平衡，结果是使输出电容上的电压不断升高，最终导致输出电容因电压超过额定值而损坏。
2Ig ASVg NhomakorabeaPS
L
IL
C
2：Boost 变换器的稳态电压增益：
Ig
L
PS
Vg
AS
C
3：Buckboost 变换器的稳态电压增益：
AS

一种Buck三电平DC-DC变换器闭环参数的设计

一种Buck三电平DC-DC变换器闭环参数的设计邵丽华;张春龙【摘要】分析了一种Buck三电平DC-DC变换器的工作原理,并建立其工作于电感电流连续情况下的数学模型.飞跨电容电压稳定在输入电压的一半是Buck TL变换器能够正常工作的一个重要前提,故需要飞跨电容电压和输出电压两个控制环.文章采用一种解耦控制方案,使原来相互耦合的两个控制环相互独立;再利用Bode图在频域对系统的控制电路各个环节进行设计;最后通过Saber软件仿真验证了控制参数设计的正确性.【期刊名称】《南通职业大学学报》【年(卷),期】2016(030)004【总页数】6页(P77-82)【关键词】TL变换器;解耦控制;飞跨电容【作者】邵丽华;张春龙【作者单位】南通职业大学电子信息工程学院,江苏南通 226007;南通职业大学电子信息工程学院,江苏南通 226007【正文语种】中文【中图分类】TM464近年来，为降低电路系统工作于大功率场合开关器件的电压应力，人们提出了各种多电平变换器电路拓扑[1-2]。

文献[3]对四电平DC-DC变换器工作情况和控制方案进行研究，将电压和电流的基波和各次谐波作为控制量，对这个多输入多输出系统应用现代控制理论进行控制，但控制方案复杂；文献[4]提出了解耦控制策略，即将两个耦合电压环分开，成为两个独立的单输入单输出系统，使控制电路设计大为简化。

不过，这些文献只提出了设计方案，而对于控制电路具体的参数设计则未涉及。

本文应用数学建模和经典控制理论，采用解耦控制策略[5]，以Buck TLDC-DC变换器为例，进行了Buck三电平DC-DC变换器闭环参数的设计并给出了仿真验证。

图1所示的Buck TL变换器中，当两只开关管占空比相等，相位相差180°导通时，飞跨电容电压VC1稳定于Vin/2。

当占空比d＞0．5或d＜0．5时，变换器的工作方式不同。

当占空比d＜0．5时，变换器中最多只有一个开关管导通。

Buck 电路中的CCM和DCM

Buck 电路中的CCM和DCM降压电路是一种基本的DC/DC变换器。

随着IPM驱动和MCU供电、LED照明驱动、继电器和交流开关供电等小功率、直接从母线电压供电的应用场合越来越多，而目前的大部分DC/DC变换器输入电压一般在50V以内，一种高压的降压型斩波变换器被研究和使用得越来越广泛。

考虑到降压电路构成简单、成本较低，因此这种变换器具有良好的市场前景。

本文对其原理和高压降压电路应用设计进行了详细地阐述。

降压电路拓扑分析图1是降压拓扑的电路图。

当t=0时驱动S导通，电源Uin向负载供电，电感电流iL线性上升。

当t=ton时控制S关断，二极管VD续流，电感电流呈线性下降。

图1：降压拓扑电路图。

根据电感电流是否连续，可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和临界电流模式(BCM或CRM或TM)。

通常串接较大电感L使负载电流连续且纹波小。

但是小功率SMPS中为了减小噪声以及损耗，通常选定电感电流不连续模式(DCM)。

CCM和DCM下的各参数波形如图2所示。

图2：CCM和DCM下主要参数波形。

1. BCM和CCM设IL为iL的平均值，△iL是iL的纹波值。

则在BCM和CCM模式下：稳态时:又从(3)和(4)得：从(1)、(2)和(5)得：在CCM下, (5)取>号在BCM下, (5)取等号， ==> L=R*Ts*(1-D)/22. DCM设图2中t1处iL=0，且a=(t1-ton)/Ts=t1/Ts-D。

则稳态时 L上电压开关周期平均值为0:C在开关周期内电流平均值为0:iL的平均值：IL=△iL*(D+a)/2<△iL/2Load电流： Io=Uo/R根据(7)、(8)和(4)得: 0.5*[(Uin-Uo)/L]*D*Ts*[Uin*D/Uo]=Uo/R且: K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x), x=Ts*R/L, y=Uo/Uin。

图3：各模式下Uo/Uin的比值变化图。

Buck变换器工作原理分析和总结

题目： Buck变换器工作原理分析与总结目录一、关于Buck变换器的简单介绍 (2)1、Buck变换器另外三种叫法 (2)2、Buck变换器工作原理结构图 (2)二、Buck变换器工作原理分析 (3)1、Buck变换器工作过程分析 (3)2、Buck变换器反馈环路分析 (4)3、Buck变换器的两种工作模式 (4)1）Buck变换器的CCM工作模式 (5)2）Buck变换器的DCM工作模式 (6)3）Buck变换器CCM模式和DCM模式的临界条件 (7)4）两种模式的特点 (8)4、Buck变换器电感的选择 (8)5、Buck变换器输出电容的选择和纹波电压 (9)三、Buck变换器工作原理总结 (10)Buck 变换器工作原理分析与总结一、关于Buck 变换器的简单介绍1、Buck 变换器另外三种叫法1. 降压变换器：输出电压小于输入电压。

2. 串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

3. 三端开关型降压稳压电源：1) 输入与输出的一根线是公用的。

2) 输出电压小于输入电压。

2、Buck 变换器工作原理结构图GabcWMV Gd图1. Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。

而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。

二、Buck 变换器工作原理分析1、Buck 变换器工作过程分析图2. Buck 变换器的工作过程为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：1) 开关元件M1和二极管D1都是理想元件。

它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；2) 电容和电感同样是理想元件。

电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。

开关电源CCM与DCM工作模式

开关电源Buck电路CCM及DCM工作模式一、Buck开关型调整器:图1二、CCM及DCM定义：1、CCM (Continuous Conduction Mode),连续导通模式：在一个开关周期内，电感电流从不会到0。

或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。

2、DCM，(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式：在开关周期内，电感电流总会会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。

3、BCM（Boundary Conduction Mode），边界或边界线导通模式：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。

控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。

如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM变化器是可变频率系统。

BCM变换器可以称为临界导通模式或CRM（Critical Conduction Mode）。

图1通过花电感电流曲线表示了三种不同的工作模式。

图2 电感工作的三种模式电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流I的平均值，峰值电流Ip与谷值o电流I之差为纹波电流。

V三、CCM工作模式及特点根据CCM定义，测试出降压变换器工作于连续模式下的波形，如下图3所示。

图3波形1表示PWM 图形，将开关触发成导通和截止。

当开关SW 导通时，公共点SW/D 上的电压为Vin 。

相反，当开关断开时，公共点SW/D 电压将摆到负，此时电感电流对二极管D 提供偏置电流，出现负降压——续流作用。

波形3描述了电感两端电压的变化。

在平衡点，电感L 两端的平均电压为0，及S1+S2=0。

S1面积对应于开关导通时电压与时间的乘积，S2面积对应于开关关断时电压与时间的乘积。

S1简单地用矩形高度（in V -out V ）乘以D sw T ，而S2也是矩形高度-out V t 乘以（1-D ）sw T 。

V_2控制Buck变换器分析

第25卷第12期中国电机工程学报V ol.25 No.12 Jun. 20052005年6月Proceedings of the CSEE ©2005 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2005) 12-0067-06 中图分类号：TM461 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40V2控制Buck变换器分析王凤岩，许建平，许峻峰（西南交通大学电气工程学院，四川成都 610031）MODELING AND ANALYSIS OF V2 CONTROLLED BUCK CONVERTERWANG Feng-yan，XU Jian-ping，XU Jun-feng（College of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，Sichuan Province，China）ABSTRACT: The paper analyzes the V2 controlled buck converter. The small signal model of which is derived. Then y-parameter model is derived and modified. Comparison of V2 controlled buck converter with current-mode controlled buck converter is performed by using modified y-parameter model. Both frequency-domain simulation and time domain simulation are performed on V2 controlled and the current-mode controlled buck converter. It shows that the dynamic characteristic of the V2 control is better than that of current-mode control.KEY WORDS: Power electroncis；V2 control technique；DC/DC converter；Model摘要：该文在简要介绍开关变换器的V2控制方法的基础上，建立了V2控制Buck变换器的小信号模型，得到了对应的y 参数模型，在此基础上对该y参数模型进行了改进，利用改进的y参数模型对V2控制Buck变换器和电流型控制Buck 变换器进行了分析、比较，分别对V2控制和电流型控制Buck 变换器进行了频域和时域仿真，仿真结果验证了V2控制方法比电流型控制方法具有更好的动态响应的研究结果。

电压型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益

（3）：一个环增益的 Bode 图例子
20 log T ( s )
40dB
f′ p1
∠T(s)
20dB
− 40dB / dec
fz 1
fI
0dB
fc
− 20dB / dec
fz 2
f′ p2
f0/ K
fp2
90 °
-20dB
-40dB
0. 1 f ′ p1
0. 1 f ′ p2
0. 1 f z1 0. 1f z2
10 f z1
0°
10 f z2
− 90°
-60dB
0 . 1 f p2
10 f ′ p1
Φm
4 5° / dec
10 fp2
-80dB 1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz
10f ′ p2
100KHz 1MHz
[1]： “Buck 变换器在 DCM 下的功率级传递函数” ，开关电源 e 网，功率拓扑栏目，Buck 变换器子栏目。
电压型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益
电压型控制 Buck 变换器在 DCM 下的环增益
张兴柱博士（1）电压型控制 Buck 变换器的原理图和小信号传递函数框图
Vg S d D L RL RC C Vo R
v ˆ g( s)
v ˆ o (s)
ˆ ˆ ˆ ˆ v o (s) = Gvd × d (s) + Gvg ×v g (s) − Zout × io (s)
-- 反馈取样传递函数，为常数 -- 补偿器的传递函数（需设计）一般按 CCM 情况取： Gc ( s ) =
ωI (1 + s ωz1)(1 + s ωz2) s (1 + s ωp1)(1 + s ωp 2)

Buck 电路中的CCM和DCM

Buck 电路中的CCM和DCM降压电路是一种基本的DC/DC变换器。

随着IPM驱动和MCU供电、LED照明驱动、继电器和交流开关供电等小功率、直接从母线电压供电的应用场合越来越多，而目前的大部分DC/DC变换器输入电压一般在50V以内，一种高压的降压型斩波变换器被研究和使用得越来越广泛。

考虑到降压电路构成简单、成本较低，因此这种变换器具有良好的市场前景。

本文对其原理和高压降压电路应用设计进行了详细地阐述。

降压电路拓扑分析图1是降压拓扑的电路图。

当t=0时驱动S导通，电源Uin向负载供电，电感电流iL线性上升。

当t=ton时控制S关断，二极管VD续流，电感电流呈线性下降。

图1：降压拓扑电路图。

根据电感电流是否连续，可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和临界电流模式(BCM或CRM或TM)。

通常串接较大电感L使负载电流连续且纹波小。

但是小功率SMPS中为了减小噪声以及损耗，通常选定电感电流不连续模式(DCM)。

CCM和DCM下的各参数波形如图2所示。

图2：CCM和DCM下主要参数波形。

1. BCM和CCM设IL为iL的平均值，△iL是iL的纹波值。

则在BCM和CCM模式下：稳态时:又从(3)和(4)得：从(1)、(2)和(5)得：在CCM下, (5)取>号在BCM下, (5)取等号， ==> L=R*Ts*(1-D)/22. DCM设图2中t1处iL=0，且a=(t1-ton)/Ts=t1/Ts-D。

则稳态时 L上电压开关周期平均值为0:C在开关周期内电流平均值为0:iL的平均值：IL=△iL*(D+a)/2<△iL/2Load电流： Io=Uo/R根据(7)、(8)和(4)得: 0.5*[(Uin-Uo)/L]*D*Ts*[Uin*D/Uo]=Uo/R且: K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x), x=Ts*R/L, y=Uo/Uin。

图3：各模式下Uo/Uin的比值变化图。

SIDO Buck-Boost变换器的工作模式及稳态增益分析

ELECTRIC DRIVE 2021 Vol.51 No.10
电气传动 2021 年第 51 卷第 10 期
SIDO Buck-Boost 变换器的工作模式及稳态增益分析
谢锋 1，皇金锋 1，2，李林鸿 1 （1. 陕西理工大学电气工程学院，陕西汉中 723001；2. 陕西省
工业自动化重点实验室，陕西汉中 723001）
Abstract: Due to the introduction of post power switch，the working mode and steady-state gain of singleinductor dual-outpu（t SIDO）Buck-Boost converter are more complex than that of traditional single output BuckBoost converter. In order to provide theoretical guidance for the analysis and design of SIDO Buck-Boost converter， the working mode of SIDO Buck-Boost converter was analyzed. The working mode was divided into continuous conduction mode（CCM）and discontinuous conduction mode（DCM），the critical inductances of CCM and DCM were obtained. It was found that the output of CCM SIDO Buck-Boost converter could be divided into four different states，and the steady-state gain analytical expressions of two branches were derived，according to the analytical expressions，the conditions that need to be satisfied for the converter to work in various output states were obtained. And the conditions that the steady-state gain of each branch of the converter which could obtain the maximum value were obtained. The correctness of the theoretical analysis are verified by the experimental results.

张兴柱-电压型控制Buck变换器的补偿器设计.docx

电压型控制Buck 变换器的补偿器设计张兴柱博士（一）：电压型控制Buck 变换器的原理图和小信号传递函数框图（二）：电压环闭合后的输出电压小信号方程:其中：T(s) = H (s) X G c (s) X F m X G vd (s)--电压环的环增益F d(s) 1F m = ------ = ----第⑸ V mG v d(S )=V g2 ' 2 1+s/Q o 0+s /o o1 + s/ CtO cGVg(s)=D1+sQ o 0 + s 2 o o2功率级的输岀电压对输入电压的开环传递函数也称电压音频隔离度（Audio ）也称输出阻抗（Output Impedance ）1其中：a =——,Q = ,JLC o [M R + (R + R )C](三) ：电压型控制Buck 变换器的补偿器设计输入H(s) =R f 2 R fi + R f 2--反馈取样传递函数。

在稳压系统中,V re f H(s) =V o常数°。

（煜--待设计的补偿器传递函数Vg S1驱动器1 A mVcHVo_I补偿器yjG vg （S ）Z out ( S) 斬S) = 1+磊T?⑸-1+祐?--PWM 调制器的传递函数，在电压型控制中，它为常数1 + s w zc 功率级的输岀电压对占空比的开环传递函数Z out (s) = R L 1 + s ^L)(1+2s O Z C)1 + sQ o 0 + s / o o功率级的输岀电压对负载电流的开环传递函数R LoA 二—LVrefR f]；Rf10(6):根据下式，求f z1f I X f o 2T T u0f z2 X f c(7)：绘制加补偿G c (s)后的环增益T(s)的Bode 图(渐近线)幅频特性：20log|T (s) |,相频特性：Z T (s)T(s) =G c (s) X T u(s)第四步：设计补偿器 G c (s)(1)：选择补偿器的传递函数为:G c (s)=w 1 (1 + S 涙)(1 + S.w 22)(2):取f p1二f zc ［即用补偿器的第一个极点去抵消未补偿环增益T u (S)的ESR 零点］(3):取f p2 >10 f c ［即将补偿器的第二个极点放在 10倍带宽以外］(4)：根据2 f iine 处的闭环 Audio 要求：a (dB ),求f if l2 f line X G vg0 T u0 X 0a20V ref 1G vg0 = D max , T u 0 = ----- X X V g minV o V m(5):根据环增益的带宽f c 和相位裕量 ①m ,求f z2f z2 二上 X 090-①m 45f z1 =第五步：将补偿器G c(s)转化为具体的电路实现20log|T (s) I Z T (s)C3当C3 << C l，R3 << R l G c(s)=cJ (1 + S w21 )(1 + sw z2) s(1 + s w P1)(1 + sw P2)J =1f i _1R1C1 2 T RQ1J z1 =-1f z1 _1R2C1 2 7R2C1J z2 = 1f z2 :1R1C2 2 冗RC2W P1=1f p1 :1R3C2 2 冗R3C2W P2:1fp21R2C32 %R2C3从第四步，已经获得上述5个频率，故可先给定一个它的5个电路参数。

Buck变换器工作原理分析和总结

题目： Buck变换器工作原理分析与总结目录一、关于Buck变换器的简单介绍 (2)1、Buck变换器另外三种叫法 (2)2、Buck变换器工作原理结构图 (2)二、Buck变换器工作原理分析 (3)1、Buck变换器工作过程分析 (3)2、Buck变换器反馈环路分析 (4)3、Buck变换器的两种工作模式 (4)1）Buck变换器的CCM工作模式 (5)2）Buck变换器的DCM工作模式 (6)3）Buck变换器CCM模式和DCM模式的临界条件 (7)4）两种模式的特点 (8)4、Buck变换器电感的选择 (8)5、Buck变换器输出电容的选择和纹波电压 (9)三、Buck变换器工作原理总结 (10)Buck 变换器工作原理分析与总结一、关于Buck 变换器的简单介绍1、Buck 变换器另外三种叫法1. 降压变换器：输出电压小于输入电压。

2. 串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

3. 三端开关型降压稳压电源：1) 输入与输出的一根线是公用的。

2) 输出电压小于输入电压。

2、Buck 变换器工作原理结构图GabcWMV Gd图1. Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。

而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。

二、Buck 变换器工作原理分析1、Buck 变换器工作过程分析图2. Buck 变换器的工作过程为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：1) 开关元件M1和二极管D1都是理想元件。

它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；2) 电容和电感同样是理想元件。

电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。