Buck/Boost变换器 - 电源设计指南：拓扑结构（四）

　　三、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。

　　3.1 CCM时的基本关系：

　　电感Lf用于储能和转换能量，Q导通时电感Lf储能，负载由电容Cf供电；Q关断时，电感向负载供电。

　　3.2 DCM时的基本关系：

　　3.3 电感电流临界连续的边界：

　　3.3.1 输入电压恒定不变时：Vin=const

　　3.3.2 输出电压恒定不变时：Vo=const

　　3.3.3 电感电流临界连续的边界曲线：上方为电感电流连续区，下方为断续区

　　由图可见，在Vo=const时，如果Dy《0.5，即Vo《Vin，变换器很容易进入电感电流断续区。

　　由于这种变换器的输出电流和电感电流不同，故二者的边界不相同，输出电流Io的边界线在电感电流的下方，因为Io只是电感电流的一部分。

　　四、Cuk变换器：美国加州理工学院Slobodan Cuk提出的对Buck/Boost改进的单管不隔离直流变换器，在输入输出端均有电感，可以显著减小输入和输出电流的脉动，同样是输出电压的极性与输入电压相反，同样是输出电压既可低于也可高于输入电压。Cuk变换器可看做是Boost变换器和Buck变换器串联而成，合并了开关管。

　　开关管Q也为PWM控制方式。Cuk变换器也有CCM和DCM两种工作方式，但不是指电感电流，而是指流过二极管的电流连续或断续。在一个开关周期中开关管Q的截止时间（1-Dy）Ts内，若二极管电流总是大于零，则为电流连续；若二极管电流在一段时间内为零，则为电流断续工作；若二极管电流在t=Ts时刚降为零，则为临界连续工作方式。

　　Cuk变换器中有两个电感，这两个电感之间可以没有耦合，也可以有耦合，耦合电感可进一步减小电流脉动量。

　　分析时增加一个假设：耦合电容C1容量很大，变换器在稳态工作时C1的电压基本保持恒定。

　　4.1 CCM时的基本关系：

　　Cuk变换器中，电源能量经过3次变换才到负载。第一次是Q导通，电感L1储能增长，电能转换为磁储能；第二次是Q截止，L1的磁能转移为C1的电能存储着；第三次是Q导通，C1的电能转移到负载和输出回路的电感L2和电容Cf。实际上，第一、三次两个转换是同时进行的。

　　Cuk变换器中两电感电流增长率和下降率仅与Vin、Vo和自身电感大小有关。电感确定后，两电流增长率只由Vin大小决定，分别为Vin/L1和Vin/L2；下降率只与Vo有关，分别为Vo/L1和Vo/L2。

　　4.2 DCM时的基本关系：

　　4.3 两电感有耦合的Cuk变换器：

　　如果两电感L1和L2绕在同一铁芯上，

　　则两个电感互相耦合，除自感外还有互感M，通常用耦合系数k来表示耦合程度：

　　耦合电感可以进一步减小输入电流和输出电感电流的脉动。

　　五、Zeta变换器：有两个电感和耦合电容的单管不隔离直流变换器，输出电压极性和输入电压相同。Zeta变换器可看做是Buck/Boost变换器和Buck变换器串联而成，合并了开关管。

　　Zeta变换器是电感输出，所以输出电流脉动很小，开关管Q也为PWM控制方式。

　　分析时假设耦合电容C1容量很大，变换器在稳态工作时C1的电压基本保持恒定。

　　5.1 CCM时的基本关系：

　　5.2 DCM时的基本关系：

　　六、Sepic变换器：有两个电感和耦合电容的单管不隔离直流变换器，输出电压极性和输入电压相同。Sepic变换器可看做是Boost变换器和Buck/Boost变换器串联而成，合并了开关管。

　　Sepic变换器是电感输入，所以输入电流脉动很小，开关管Q也为PWM控制方式。

　　分析时假设耦合电容C1容量很大，变换器在稳态工作时C1的电压基本保持恒定。

　　CCM时的基本关系：