Buck-Boost变换器原理

浅谈Buck/Boost变换器

Buck变换器原理

Buck变换器又称降压变换器、是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器,串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。

1.线路组成

图1（a）所示为由单刀双掷开关S、电感元件L和电容C组成的Buck变换器电路图。图1(b)所示为由以占空比D工作的晶体管T r、二极管D1、电感L、电容C组成的Buck变换器电路图。电路完成把直流电压V s转换成直流电压V o的功能。

图１Buck变换器电路

2.工作原理

当开关S在位置a时，有图2 (a)所示的电流流过电感线圈L，电流线性增加，在负载R上流过电流I o，两端输

出电压V o，极性上正下负。当i s>I o时，电容在充电状态。这时二极管D1承受反向电压；经时间D1T s后（，t on 为S在a位时间，T s是周期），当开关S在b位时，如图2（b）所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持其电流i L不变。负载R两端电压仍是上正下负。在i L0，开关打开时，i s=0，故i s是脉动的，但输出电流I o，在L、D1、C作用下却是连续的，平稳的。

图２Buck变换器电路工作过程

Boost变换器

Boost变换器又称为升压变换器、是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器,并联开关电路、三端开关型升压稳压器。

1.线路组成

线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压V s升压到V o的功能。

图１

2.工作原理

当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流i L流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时，电容C放电，R上流过电流I o，R两端为输出电压V o，极性上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接V s负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持i L不变。这样线圈L磁能转化成的电压V L与电源V s串联，以高于V o电压向电容C、负载R供电。高于V o时，电容有充电电流；等于V o时，充电电流为零；当V o有降压趋势时，电容向负载R放电，维持V o不变。

图２Boost变换器电路工作过程

由于V L+V s向负载R供电时，V o高于V s，故称它为升压变换器。工作中输入电流i s=i L是连续的。但流经二极管D1电流确实脉动的。由于有C的存在，负载R上仍有稳定、连续的负载电流I o。

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。

(4)Cuk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，电容传输。

DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：V o=Vi*D

BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：V o= Vi/(1-D)

BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：V o=(-Vi)* D/(1-D)

D为充电占空比，既MOSFET导通时间。0< p="">