【电力电子技术速通】五、DC-DC变流电路（一）Buck与Boost

一、概述

直流-直流变流电路也称斩波电路，并且斩波这种叫法更多一些。

可以分为直接直流变流电路和间接直流变流电路，最大的区别就是后者是隔离式的，通常用高频变压器隔离，所以也叫直-交-直电路。

斩波电路的三种控制方式：

占空比：导通时间ton / 周期时间T，说白了都是在改变占空比。

二、降压斩波电路（Buck变换器）

说一下buck里的这个电感和续流二极管，我刚学到这儿的时候就一直在想，为什么非要这个电感才能实现降压。实际上，buck电路的演变过程中确实有没有电感和续流二极管的情况，这样的电路从数值分析平均输出电压确实跟上述电路相同，但开关开启闭合时会对负载产生电流突变冲击（完全体的buck输出端还有一个电容储能，电容电压不突变），因此引入电感，电感的作用就是抑制冲击电流，但是，从电感的全响应可以知道，串联在回路的电感如果突然断路会产生一个很大电压尖峰（实际上这点仅靠电路里的瞬态分析已经不够了，涉及到传输线理论和电磁分析等，但只要知道结论就行了），所以加入续流二极管构成放电回路。

此外，稳态下周期内电感两端电压平均值为0，所以输出电压平均值实际上还是都加到了负载上，输入功率=输出功率。

2.1 计算

计算首先就是算平均输出电压和电流，平均输出电压就是 占空比×电源电压 ，电流就具体电路分析，有些负载有电动势就减了再算，比如书上P122 例5-1，还是很简单的。

还有一个东西就是电流断续条件：

对电路瞬态分析，可以得到一个周期内负载电流的最小值与最大值：

要想电流连续，实际上就是要负载电流最小值＞0，则可得电流断续条件：

其中，α为占空比，ρ为周期/时间常数（对上述简单buck来说就是L/R）。

具体算的时候，m就是Em/E，右边也是可以计算的，算出来比较就行了，例题详见P123 例5-2。

最后扔张图吧，CCM-BUCK ，感兴趣的可以自己找资料分析一下，buck实际上是斩波的基础拓扑之一，正儿八经分析起来不是简单的事情。

三、升压斩波电路（Boost变换器）

定性描述的话，就是管子导通时电感通过电源被充电，此时由电容给负载释放能量；管子关闭后电感和电源共同给负载供电。也就是说在一个周期中，一部分时间输出电压为电压电压与电感电压之和ue+ul，另一部分部分时间输出电压由电容维持（实际上会略低于前面），所以平均输出电压高于电源电压，达到升压的目的。

所以boost能升压的原因：电感使得电压泵升，电容使得电压能维持住。

说两个个人觉得需要注意的点：

1. 电力电子，尤其是斩波这块，基本上都是高频信号，即开关管开关频率较高，一个工作周期很短，所以不会出现比如电容电感把能量都放完了的情况出现，不要以为整个过程是慢吞吞进行的，实际上在一秒钟内开关管不知道开通关断了多少次了。

2. 我刚学的时候想过一个问题：既然都是储存能量为什么不用电容用电感，然后就发现这问题很傻：电容充电后电压跟电源电压是反向的，开关管断开后直接没输出了。实际上我觉得需要时刻记住一点：电容特性是维持电压不变，电感特性是维持电流不变，boost中使用电感的原理，就跟上面buck里提到的将电感突然断路会产生一个峰值电压是一个道理。