振荡器电路的设计与仿真matlab（直流电路中升降压变换电路的设计）

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这一篇文章给大家介绍一种升降压(Buck-Boost)直流变换电路，喜欢的可以点击收藏。升降压(Buck-Boost)直流变换电路是通过调节开关管占空比的大小，占空比越小，输出电压越小；占空比越大，输出电压越大。通过这种方式可以实现输出电压Uo高于输入电压Us，既起到电路升压作用；也可以实现输出电压Uo低于输入电压Us，既起到降压作用。

通过阅读前两篇文章可以知道，降压(Buck)直流变换电路的输出侧都带有滤波电容(C)。如果电路中电感(L)足够大，即使没有滤波电容，也能减少负载电流的纹波幅值，因此加上一个输出滤波电容可以使电感值做的小一些。相反，升压(Boost)直流变换电路中，即使电感选取的足够大，输出电流总是有波动，所以在该电路中，滤波电容是必须存在的。下面介绍一种新的电路拓扑结构，如图1所示。

图1 升降压(Buck-Boost)直流变换电路拓扑结构

将Buck变换电路与Boost变换电路二者的拓扑结构组合在一起，去掉Buck电路中的无源开关和Boost中的有源开关，便构成了一种新的变换电路拓扑结构——升降压(Buck-Boost)直流变换电路。它由电压源Us、电流转换器、电压负载组成，其中，中间部分含有一级电感储能电流转换器。Buck-Boost直流变换电路是一种输出电压既可以高于也可以低于输入电压的单管非隔离直流变换电路；它与前两篇文章介绍的降压(Buck)、升压(Boost)电路有着很大不同，既：输出电压Uo的极性和输入电压Us的极性是相反的，输出电流和输入电流都是脉动的，但由于有滤波电容的存在，负载电流又是连续的。

Buck-Boost直流变换电路工作时同样存在三种工作模式：电感电流连续、电感电流断续、电感电流临界连续三种工作模型。当电感电流连续时，Buck-Boost电路分为开关管T导通和开关管T截止两种工况，如图2和图3所示。

图2 开关管T导通

图3 开关管T截止

为了方便分析升压电路的稳态特性，简化推导公式过程，做出如下假设：

1）开关管、二极管均是理想器件，即不考虑导通时的管压降、可以瞬时导通或瞬时截止，且截止时不产生漏电流。

2）电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而没有饱和，寄生电阻为0，电容的等效串联电阻也为0。

3）输出电压中的纹波电压与输出电压的比值很小，可以近视忽略。

一、Buck-Boost变换电路中电感电流连续模式

① 开关管T导通后，二极管D承受反向电压截止，输入电压Us加在电感(L)两端，极性上正下负，电感电流储能增加。电感电流的增加量为

② 开关管T截止后，电感电流减少，电感线圈产生自感反向电动势，为上负下正，二极管D承受正向电压导通，电感通过二极管对电容充电，电容储能，以备开关管导通时对负载放电维持负载输出Uo电压不变。在此过程中，电感电流减少量为

因为在整个开关周期内，电感电流的增加量=电感电流的减少量，既有

通过化简可得电压增益

其中，占空比0<D<1。

分析：当占空比D=1，输出电压Uo等于输入电压Us；

当占空比D<0.5，输出电压Uo小于输入电压Us，实为降压器；

当占空比D>0.5,输出电压Uo大于输入电压Us，实为升压器。

二、Buck-Boost变换电中电感电流不连续模式

（由于在设计过程中不参与电感值、电容值的计算，在此不做过多介绍，感兴趣的小伙伴们可以自己看一下书籍哦）

三、Buck-Boost变换电中电感电流临界连续模式

这里主要计算电路中电感值的大小，和前两篇文章讲到的降压(Buck)电路、升压(Boost)电路的分析方法一样，大家可以参考我前期的文章，有详细说明。这里直接给出临界电感公式

需说明的是，在实际应用中，电感的实际值一般取电感临界值的1.2-1.3倍。

四、纹波电压与电容值的计算

Buck-Boost直流变换电路在电感电流连续模式下，纹波电压要求为detaUo，则输出测滤波电容的值为

这和Boost变换电路中是一样的，感兴趣的可以自己参考下前期文章。

五、实验验证

下面举一个例子，验证Buck-Boost直流变换电路设计的正确性。

技术指标：输入电压Us=20V;输出电压10到40V；要求纹波电压0.2%Uo;开关管选择IGBT，开关频率10kHz；负载10欧。

①：输出电压为10V的电路参数

图4 输出电压10V的电路参数

②：输出电压为40V的电路参数

图5 输出电压40V的电路参数

根据上面的计算，选取电感值L=4.3333e-4H；电容值C=0.0033F。

③：搭建仿真电路图与仿真结果

输出电压10V

图6 输出电压10V的电路图模型

图7 输入电压、输出电压、输出电流

输出电压40V

图8 输出电压40V的电路模型

图9 输入电压、输出电压、输出电流

升降压变换电路的设计过程你学会了吗？欢迎在评论区留言！！

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