升压boost变换器

v2
D1
v3
Ton
L L D3 i3
vD
t t t t t t t t
L L L
io v o
Lo Em
v1
v2
(a)电路 Vs 1 2 Ts Ts 3 3
Ton
Ts Ton
v3
vo
i1
i2
1 Vs 3
v0 Vs / 3
1 Ton Ton V0 Vs Vs DVs 1 3 T S TS 3
VG=0, T管阻断，D导通
iL
Vo Vs V Vs o Toff D1Ts L L / Ts D1 Toff
1.三种开关状态与变压比
VG=0, T管阻断，D管截止
M
Vo D D1 1 D D1 1 D ( 1 D ) 1 ( 1 D D ) 1 Vs D1 1 D D1 1 D D1
3.当D<0.5时， VO<VS;降压
4。当D＞0.5时，
VO ＞ VS;升压
优缺点： 1、稳压范围宽，输出电压调节调D就行； 2、开关管T、续流管D承受反峰值电压大，均为 VS+VO； 3、输入，输出电流脉动大（T，D串在电路中）， 对电网干扰大，输出纹波大，实际应用时要加 输入输出滤波电路； 4、T的发射极不接地，驱动控制电路设计要变 得复杂多了。
+
3.1 电路结构和工作原理

VG=0, T管阻断，D管导通
L1
+
C1
-
L2
I L2
I L1
R Vo
VS
T D
C2
+
+
3.1 电路结构和工作原理
如果在断续工作态时，当VG=0, T管阻断，D管截止
L1
+
C1
-
L2
I L2
I L1
R Vo
VS
T D
C2
+
+
Cuk电路在不同工作情况下的波形图
小结：不同变换器比较
VS I L I L I L DTS L V0 (1 D) DTS (1 D) DV0 L Lf
通过开关管T和D的电流最大值与电感电流的最大值相等：
IT max I D max I L max
1 I S iL 2
I0 (1 D) DV0 1 D 2 Lf
最大
最大值
VO VS
I OBm VO / 2 Lf S
I OBm VO /
值 OBm
2
I
2 1 D2 IO 4 1 D 2 VO / 2 Lf S
电流 不连 续时 变压 比
D2
1 M 1 2 1 IO
27D 1 V I O 27 O Lf S 2 D2 VS 2 Lf S

M
VO VS VO D IO V S / 2 Lf S
2
D IO / 2 Lf S
IO V S / 2 Lf S

3.2 两象限、四象限直流—直流变换器
解决开关管T续流管D的反峰值电压高的问题
Ud
第二象限： Ud>0, Id<0 第一象限：
Ud>0, Id>0
Id
理想Boost变换器输出电压纹波的大小
输出电压脉动等于开关管T导通期间电容C的电压 变化量，V0可近似地由下式确定

V0 V0 max V0 min
Q 1 1 D I 0 Ton I 0 DTs I0 C C C Cf
理想Boost变换器开关器件所承受的最大电压
T和D所承受的最大电压理想情况下均与输出电压相等。

2.3 电感电流断流时工作特性
1. 三种开关状态和变压比 2. 临界负载电流 3. Boost变换器输出电压外特性
1.三种开关状态与变压比
VG>0, T管导通,D截止
iL I L max
Vs DT s L
1.三种开关状态与变压比
t
1 Ii IL IO 1D
iT
I Lmax
iT
t
Ton DT s
D1Ts
T off
'
Ts
t
I L min
I Lmax
t
iD
ILmax
iD
I L max
ILmin
t
t
vL
Vi
Vo Vi
vL
Vi
T off D1Ts
Vo Vi T dis T off
'
t
Ts
t
Ts
Ton
Ton
第一章 直流/直流变换器 主电路拓扑（二）
2. 直流-直流升压变换器（Boost变换器）
2.1 电路结构和升压原理
2.2 电感电流连续时工作特性
2.3 电感电流断流时工作特性
2.1 电路结构和升压原理
2.2 电流连续时的工作特性
两种开关状态 变压比和电压、电流基本关系
1. 2.
1.两种开关状态
VG>0, T管导通,D阻断
Ton DTS
1.两种开关状态
VG=0, T管阻断，续流管D导通
Toff TS Ton (1 D)TS
2. 变压比和电压、电流基本关系
理想Boost变换器的变压比
T导通,D截止 T on D T
T 阻断，D导通
L diL dt VS VS iL D Ts L
分析二
3 双电感直流升压－降压变换器（Cuk变换器）
3.1 电路结构和工作原理
优点：输入，输出电流脉动小
V0 D /(1 D) VS
3.1 电路结构和工作原理

VG>0,
T管导通，D管截止
升压变换 器
耦合电 容
L1
+
C1
降压变换 器
-
L2
I L1
I L2
R Vo
VS
T D
C2Fra Baidu bibliotek
+
滤波 电容
第三象限： 第四象限：
Ud < 0, Id < 0
Ud < 0, Id>0
3.2 两象限直流—直流变换器
3.2 四象限直流—直流变换器
*5 多相、多重直流—直流变换器
把几个结构相同的基本变换器适当组合可以构成另一种复合
型直流—直流变换器，称为多相、多重直流—直流变换器。
假定复合型变换器中开关管控制周期为TS，开关频率为f，如
1. Buck 变换器 2. Boost 变换器 3. Cuk 或 Boost-Buck 变换 器 4. Buck-Boost 变换器
电路 结构
电流 连续 时变 比M
I OB
M
VO D VS
M
VO 1 VS 1 D
M
VO D VS 1 D
D
VO 1 D 2 Lf S I OB
Toff
(f)电感电流断流时波形图
3. Boost变换器输出电压外特性
稳态运行时，开关管T导通期间,电源输入到电感
中的磁能，在T截止期间全部通过二极管D转移到 输出端，如果负载电流很大，就会出现电流断流 工况。
如果变换器负载电阻变得很大，负载电流太小，
这时如果占空比仍不减小、不变、电源输入到电 感的磁能不变，必使输出电压不断增加。
因此没有电压闭环调节的 Boost 变换器不宜在输
出端开路情况下工作。
Boost电路的运行与控制小结
一般使用PWM控制； 不能空载运行； 占空比不能接近1；
输入电流脉动较小，运行中对电源
的扰动小。

分析一
特性：
1.输出极性与输入相 反；
2.当D=0.5时VO=VS；
VO
D VS 1 D
L diL dt VS Vo
il VO VS 1 D TS L
T
off
(1 D )T
M V0 / VS 1/(1 D )
2. 变压比和电压、电流基本关系
工作电流的平均值表达式
假定负载电流平均值为IO
输入电流和电感电流的电流平均值均为：由：VS I S
1 M 1 D
2. 临界负载电流

当负载电流IO>IOB,电感电流连续 当负载电流IO=IOB ,电感电流处于连续与断流的边界
M 1 /(1 D),

Vo Vs /(1 D)
临界负载电流
Toff 1 Vs (1 D)Ts 1 I L max DTs 2 Ts 2 L Ts
I OB
Vo VS Vo D(1 D) D(1 D) 2 2 Lf s Vo 2 Lf s

当负载电流IO<IOB,电感电流断流
M 1 /(1 D )
电感电流断流的影响
Vg
Toff
Vg
T off
Ton
o
Ton
I L max
iL
Ts
t
o
iL
I L min
t
Tdis Ts
I Lmax I L
D 1/ 3
M 1 M VO 2 D 1 D 2 Lf S
D
I OB
VO 1 D 2 2 Lf S
M 1 M
临界 负载 电流
I OB D 越小， 越大 I OB
M
I OB 时，
27 2
最大值
Lf S
I OB D 越小，
I OB 越大，
VO / 2 Lf S
果一个TS周期中电源侧电流iS(t)脉动n次，即iS(t)脉动频率为nf， 则称之为n相变换器。
如果一个TS周期中负载电流i0(t)脉动m次，即i0(t)脉动频率为
mf，则称之为m重变换器。
三相、三重复合型直流—直流变换器原理
+ L
iS
VS Cs
v1
T1 i1
T2 i2 D2
T3
L v o io Lo Em
VO I O
UO 1 IS IL IO IO US 1 D
通过二极管的电流ID等于负载电流IO （电容的平均电流为零） 通过开关管T的电流平均值为：
D IT I S I 0 I0 1 D
2. 变压比和电压、电流基本关系
工作电流的其他表达式
电感电流的脉动量为：
i3
io
(b)波形