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课程设计说明书

课程名称：电力电子课程设计

设计题目：一个 Buck－Boost变换器的设计专业：自动化

班级：自动化101

学号： 1002100246

姓名：林镇明

指导教师：陆益民

广西大学电气工程学院

二○一二年十二月

课程设计任务书

1．题目

一个Buck－Boost变换器的设计。

2．任务

设计一个Buck－Boost变换器，已知V1=48v，V2=48v，I0=1A。要求如下：1)选取电路中的各元件参数，包括

Q1、D1、L1、和C1，写出参数选取原则和计算公式；

2）编写仿真文件，给出仿真结果：（1）电路各节点电

压.支路流图仿真结果；（2）V2与I0的相图（即V2为

X坐标；I0为Y坐标）；（3）对V2与I0进行纹波分析；

（4）改变R1，观察V2与I0的相图变化。

3）课程设计说明书采用A4纸打印，同时上交电子版。

4）课程设计需独立完成，报告内容及仿真参数不得相

同。

V1=48V

V2=48V

I0=1A

F=50kH Z 指导教师评语：

指导教师：陆益民

2012年12 月7 日

目录

1. Buck－Boost主电路的分析 (6)

1.1.原理分析 (6)

1.2.电路运行状态分析 (6)

2. 电路参数的选择 (9)

2.1占空比α (9)

2.2电感L (9)

2.3电容C (10)

3. 控制策略的选择 (12)

4. 仿真分析 (12)

4.1.仿真程序 (12)

4.2.PSIM仿真结果分析及参数选定 (15)

5. 结论 (20)

1. Buck －Boost 主电路的分析

1.1. 原理分析

升降压斩波电路的原理图如图1所示。由可控开关Q 、储能电感L 、二极管D 、滤波电容C 、负载电阻R L 和控制电路等组成。

V 1Q

D

L C

R L

+

-

V 2

I o

图 1 Buck －Boost 电路原理图

当开关管Q 受控制电路的脉冲信号触发而导通时，输入直流电压V 1全部加于储能电感L 的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D 反向偏置截止，储能电感L 将电能变换成磁能储存起来。电流从电源的正端经Q 及L 流回电源的负端。经过t on 时间以后，开关管Q 受控而截止时，储能电感L 自感电势的极性变为上负下正，二极管D 正向偏置而导通，储能电感L 所存储的磁能通过D 向负载 R L 释放，并同时向滤波电容C 充电。经过时间T off 后，控制脉冲又使Q 导通，D 截止，L 储能，已充电的 C 向负载R L 放电，从而保证了向负载的供电。此后，又重复上述过程。由上述讨论可知，这种升降压斩波电路输出直流电压V 2的极性和输入直流电压升降压斩波电路V 1的极性是相反的，故也称为反相式直流交换器。

1.2. 电路运行状态分析

假设储能电感L 足够大，其时间常数远大于开关的周期，流过储能电感的电流i L 可近似认为是线性的，并设开关管Q 及二极管都具有理想的开关特性。分析电路图可以得到： [1] Q 导通期间，D 截止，电感L 两端的电压为V 1，i L 呈线性上升。

1L

L di u L

V dt

== 110L L V V

i dt t I L L

==+⎰

式中0L I 是Q 导通前流过L 的电流。 当t ＝t on 时，流过L 的电流达到最大值：

1

max 0L on L V i t I L

=

+………………………………………………………………………（1） [2] Q 截止期间，D 导通，L 向负载和C 1供电，电感两端电压

2L

L di u L

V dt

==- 2

L V di dt L

=-

22max L L V V i dt t i L L ⎛⎫

=-=-+ ⎪⎝⎭

⎰ (2)

式中max L i 为Q 截止前流过L 电流。

t ＝t off 时，Q 开始导通，L 中电流下降到极小值：

2

0min max off L L L V I i t i L

==-

+……………………………………………………………（3） [3] 输入直流电压U 1和输出直流电压U 2的关系 将(3)式代入(1)式可得：

12max max L on off L V V

i t t i L L

=

-+ 12on off V V

t t L L

= …………………………………………………………………………(4) 21

11

1on on off on t t V V V V t T t α

α

===--………………………………………………………(5) 当t on

当t on >t off 时，d>0.5， V 2>V 1，电路属于升压式。

[4] 状态方程的列写

实际上电路可分为Q 断态和通态两个状态 Q 闭合：

1

L di V dt L dVc Vc

dt RC

==-⎧⎨⎩

Q 断开：