Boost和Buck-Boost变换器详解：工作原理、特点及应用

Boost和Buck-Boost变换器详解：工作原理、特点及应用

电力变换技术是现代电子工程的重要组成部分，其中Boost变换器和Buck-Boost变换器因其独特的电压调节能力而被广泛应用。本文将详细介绍这两种变换器的工作原理、特点及其在实际应用中的重要作用。

Boost变换器的工作原理

Boost变换器，又称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。其中，开关管Q采用PWM控制方式，但最大占空比D必须小于1，以确保电路稳定运行，不允许在D=1的状态下工作。电感L位于输入侧，被称为升压电感。Boost变换器支持CCM（连续导通模式）和DCM（断续导通模式）两种工作方式，这里主要讨论最基础的BOOST升压电路。

开关管导通时：此时，电感L中的电流呈线性增加，电感的自感效应会阻碍电流的快速上升，同时将电能转化为磁能储存起来。二极管在此过程中保持反向偏置，阻止电容C对地放电。

开关管关闭时：电感L中的电流开始逐渐减少。由于电感的自感作用，会在电感两端产生一个左负右正的电压，使得输出端的电压Uo等于输入电压Ui加上电感L产生的感应电压UL，因此输出电压Uo大于输入电压Ui。

根据伏秒平衡原理，可以得出以下关系式：

Ui ⋅TD =(Uo −Ui )⋅(Ts −TD )

化简后得到：

这表明通过改变PWM的占空比D，可以有效地控制输出电压Uo的大小。

Buck-Boost电路原理

Buck/Boost变换器，也称作升降压式变换器，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。这种变换器可以视为Buck变换器和Boost变换器功能的结合体，通过共用一个开关管实现。

开关管导通时：输入电流直接通过电感L流向地，而输出端则主要依赖于电容C的放电来维持。此时，电感上的电压U_on大约等于输入电压U_i（假设开关管压降U_q可忽略）。

开关管关闭时：电感L中的电流从地流向负载R和电容C，并经过二极管返回电感，完成一次能量的释放和电容的充电过程。此时，电感上的电压U_off大约等于输出电压U_o（假设二极管压降U_d可忽略）。

同样基于伏秒平衡原理，可以推导出：

Ui ⋅TD =Uo ⋅(Ts −TD )

简化后得到：

这说明，通过调整PWM波的占空比D，可以控制输出电压是降压还是升压。具体而言，当占空比D大于1/2时，电路表现为升压模式；当D小于1/2时，则表现为降压模式。

Boost和Buck-Boost变换器的作用

Boost变换器和Buck-Boost变换器在电力电子领域中扮演着不可或缺的角色。Boost变换器以其独特的升压能力，广泛应用于需要电压提升的场景；而Buck-Boost变换器则因其能够灵活调节电压高低的特点，适用于更广泛的电源管理场合。两者都遵循伏秒平衡的基本原理，通过精准调控PWM的占空比，实现了对输出电压的有效管理，彰显了在现代电力系统中的重要应用价值。