news 2026/2/21 4:58:20

Buck Boost Buck-Boost

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
Buck Boost Buck-Boost

Buck

电感接在输出端,通过控制开关管的通断时间(占空比D),来控制电感中存储的能量。当开关管导通时输入电压给电感储能,开关管关断后,电感释放能量到输出端,由于占空比D<1,达到降压的效果。

输入输出关系

Vout=Vin*D

电感电流的波形

输入电流断续,输出电连续

① 随着开关管的通断,二极管上的压降(主要是反向压降)分别为Vin(二极管反向截止)和0.7(正向导通压降)

② 下图中的IL的波形为连续导通模式(CCM)的波形,由电感电流的公式:

V_L=L*(di/dt),斜率为施加在电感两端的电压除以电感值;

Von=Vin-Vout;Voff=-Vout

伏秒平衡(能量守恒)

Von=Vin-Vout;Voff=-Vout

Von*Ton=Voff*Toff 👉 (Vin-Vout)D=Vout(1-D) 👉VinD=Vout

电感值的计算(CCM)

Buck的最坏工况是输入电压最高的时候,因为此时:

1.开关管电压应力最大;

2.续流二极管/同步整流管的电流应力最大;

3.电感电流应力最大;

且:Vin上升,D就降低,(1-D)就增大,分子增大,ΔIL也就增大了;

综上所述:

纹波率r=0.3~0.5;Ioutmax是指最大输出电流(额定值),而不是输出纹波的最大值

校验峰值电流

电感值的计算(DCM)

电路工作在DCM模式下需要满足的条件为:

在 DCM(断续模式)下计算 Buck 电路电感值(L),通常采用临界模式法;

下面公式中Vin、D都是最坏工况下的值;

我们要找出一个电感值,使得电路在某个特定的负载电流(I_{crit})下,刚好处于临界导通模式 (BCM)。此时,纹波电流刚好是平均电流的 2 倍。

I_{crit}临界负载电流。设定的“分界线”。

I_{crit} 应该设为多少?

校验峰值电流

Boost

电感接在输入端,开关管导通时储能,关断时和输出一起输出电压到输出端,达到升压的目的;

输入输出关系

Vout(1-D)=Vin;

电感电流的波形

伏秒平衡

VonTon=VoffToff 👉 VinD=(Vout-Vin)(1-D)👉Vout(1-D)=Vin

电感值的计算(CCM)

boost最坏工况是输入电压最低时:

平均电流最大:Boost 电感的平均电流等于输入电流。根据 P_{in} = P_{out},当输入电压最低时,为了维持输出功率,输入电流(即电感电流)会达到最大值。

饱和风险最高:由于直流偏置电流 (I_{dc}) 在 V_{inmin} 时最大,此时电感最容易饱和。

校验峰值电流

电感值的计算(DCM)

设计核心逻辑:临界电感 (L_{crit})

为了确保全负载范围内(或在最大负载下)保持 DCM,你选取的电感必须小于这个计算值

校验峰值电流

Buck-Boost

参考文献:

https://www.eet-china.com/mp/a77366.html

当功率管Q1闭合时,电流的流向见图2左侧图。输入端,电感L1直接接到电源两端,此时电感电流逐渐上升。导通瞬态时di/dt很大,故此过程中主要由输入电容CIN供电。输出端,COUT依靠自身的放电为RL提供能量。当功率管Q1关断时,电流的流向见图2右侧图。输入端VIN给输入电容充电。输出端,由于电感的电流不能突变,电感通过续流管D1给输出电容COUT及负载RL供电。系统稳定工作后,电感伏秒守恒。Q1 导通时,电感电压等于输入端电压VIN;Q1关断时,电感电压等于输出端电压VOUT。

输入输出关系

占空比小于0.5时,输出降压;占空比大于0.5时,输出升压。以上式子只考虑电压的绝对值,未考虑输出电压的方向。

元器件计算及各点波形(电感电流连续模式)

以下均在电感电流连续模式下讨论,即CCM。

首先我们先看一下各点理想情况下的波形:

电感值的计算

通常ΔI可以取0.3倍的IIN+IOUT,在导通时,电感的电压等于输入电压,电感感量可由下式计算:

若按上述感量选择电感,则流过电感的峰值电流:

实际应用应留有一定的余量,电感的电流能力通常取1.5*(IIN+IOUT)以上

元器件最大电压应力

输入电容

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