降壓-升壓(Buck-Boost)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)知識

降壓-升壓(Buck-Boost)轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)應(yīng)用使用相同的電路對電壓進(jìn)行升壓或降壓。

開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器是廣泛用于多個(gè)行業(yè)的電子技術(shù)，包括工業(yè)、商業(yè)、公用事業(yè)和消費(fèi)市場。對于基于低功耗DC/DC轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，大多數(shù)現(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換都是使用三種主要類型的電源轉(zhuǎn)換器來完成的 - 降壓(Buck)，升壓和降壓(Buck-Boost) - 升壓(Boost)。

降壓-升壓(Buck-Boost)轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)手頭的應(yīng)用使用相同的電路對電壓進(jìn)行升壓或降壓。

降壓-升壓(Buck-Boost)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)知識

降壓轉(zhuǎn)換器對輸入電壓進(jìn)行降壓，而升壓轉(zhuǎn)換器則對輸入電壓進(jìn)行升壓。這兩種轉(zhuǎn)換器都適用于特定的應(yīng)用范圍。然而，某些應(yīng)用需要根據(jù)特定條件或迎合特定操作場景同時(shí)對輸入電壓進(jìn)行升壓和降壓。在這種情況下，將兩種轉(zhuǎn)換器分開安裝并不理想。因此，可以使用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路，因?yàn)樗Y(jié)合了降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的元件。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖如圖1所示。

圖 1.降壓-升壓(Buck-Boost)轉(zhuǎn)換器的電路圖

降壓轉(zhuǎn)換器通常將輸入電壓調(diào)節(jié)至從零到略小于輸入電壓的值。另一方面，升壓轉(zhuǎn)換器在電感器中存儲能量的模式和電感器釋放以滿足輸出要求的模式和電感釋放存儲的能量以重新對電容器充電同時(shí)保持整體能量平衡的模式之間切換電路。在傳統(tǒng)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的情況下，這兩種操作都是可能的。基本轉(zhuǎn)換器的幾種變體可用于在低頻和高電壓水平下工作。但是，基本原理對于所有人來說都是共同的。

簡單來說，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可以從電壓水平小于或大于輸出電壓的電源提供穩(wěn)定的直流輸出。一些應(yīng)用需要具有調(diào)制輸入電壓的能力，包括輸入電壓變化很大的電池等儲能系統(tǒng)。這是因?yàn)榭梢哉{(diào)節(jié)電池的充電周期和放電周期。當(dāng)電池充滿電時(shí)，電池兩端的電壓通常大于所需的輸出電壓。在這種情況下，可以使用降壓轉(zhuǎn)換器來保持穩(wěn)定的電源電壓。同樣，當(dāng)電池放電時(shí)，電壓水平降低，是導(dǎo)致電池處于需要充電才能使用的階段。

先進(jìn)的降壓-升壓(Buck-Boost)工作原理

眾所周知，降壓-升壓(Buck-Boost)轉(zhuǎn)換器將輸入側(cè)的正直流電壓轉(zhuǎn)換為輸出側(cè)的負(fù)直流電壓。開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)決定了電路的工作性質(zhì)。

在導(dǎo)通狀態(tài)經(jīng)電感器的電流線性增加。二極管不導(dǎo)通。如圖 2 所示。在關(guān)斷狀態(tài)下，二極管傳導(dǎo)電流，能量從電感器傳遞到電容器。這導(dǎo)致電感電流的減小，盡管通過電感的電流不能突然改變[。如圖 3 所示。需要注意的是，能量從電感器傳遞到電容器，導(dǎo)致電阻器兩端的電壓與輸入電壓相比，其極性相反。

圖 2.降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)通工作原理

3.降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷狀態(tài)工作原理

在電路的穩(wěn)態(tài)工作期間，可以根據(jù)電感電流值定義兩種工作模式。如果電感電流從未達(dá)到零，則稱為連續(xù)導(dǎo)通模式。但是，如果電感電流達(dá)到零，則電感器以不連續(xù)工作模式。

降壓-升壓(Buck-Boost)工轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系可以用以下公式表示：

Vout=DVin/(1D)

其中 D 是占空比。

占空比定義為開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的百分比。換句話說，電感和電容的并聯(lián)組合形成二階低通濾波器，通過降低電壓紋波來平滑開關(guān)動作，同時(shí)產(chǎn)生干凈的直流電壓。

關(guān)鍵要點(diǎn)

對于基于低功耗DC/DC轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，大多數(shù)現(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換是使用三種主要類型的電源轉(zhuǎn)換器完成的 - 降壓，升壓和降壓- 升壓。

降壓轉(zhuǎn)換器對輸入電壓進(jìn)行降壓，而升壓轉(zhuǎn)換器則對輸入電壓進(jìn)行升壓。

降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系可以用以下公式表示：

Vout=DVin/(1D)Vout=DVin/(1D).