電壓雙象限Buck?Boost電路拓撲及分析

(b)    DT≤t≤T

輸出電壓平均值為Uo=DUd

1.2.2    運行于第四象限

    這是指輸出端電壓平均值為負而電流平均值為正的工作狀態(tài)。當電路負載為電動機且驅(qū)動位能性負載，如卷揚機的提升機構(gòu)，當放下重物時，電機在重物作用下反轉(zhuǎn)，電樞感應電勢反向，電磁轉(zhuǎn)矩成為制動轉(zhuǎn)矩，為了保證安全，必須改變控制信號的極性和幅值，使電路工作于第四象限，將位能經(jīng)過變換電路反饋到直流電源。具體工作過程如下。

    (DT≤t≤T)    S1及S2均斷開，電感端電壓反向，D1，D2正偏導通，等效電路如圖3(a)所示，輸出電壓Uo為－Ud，負載反饋能量。

    （0≤t≤DT）    S1斷開，S2導通，負載電流由D2換到S2中。等效電路如圖3(b)所示，Uo的值為零。

    輸出電壓平均值為Uo=－DUd 

    由以上分析可知此電路及其控制策略可以實現(xiàn)雙象限Buck電路功能。

2    Boost電路

2.1    電路結(jié)構(gòu)

    主電路如圖4所示。圖中S1，S2，S3為全控型器件，D1及D2為不控型器件。負載依然為有源負載，直流輸入端串聯(lián)電感。S1，S2，S3的控制采用PWM控制，此電路的元器件、電源、負載同樣假設為理想的。輸出濾波電感足夠大，可保證負載電流連續(xù)，且線性升降?？梢钥闯觯倦娐返脑O計思想也是利用全橋?qū)崿F(xiàn)雙象限運行，其好處在于簡單、可靠。

2.2    工作原理

2.2.1    運行于第一象限

    (DT≤t≤T)    S1斷開，S2及S3均導通，等效電路如圖5(a)所示，電感電壓UL=Ud－Uo。

    （0≤t≤DT）    S1，S2，S3均導通，等效電路如圖5(b)所示，電感電壓UL=Ud。

輸出電壓平均值為Uo=Ud/（1－D）

2.2.2    運行于第四象限

    (DT≤t≤T)    S1，S2，S3均斷開，電感端電壓反向，D1及D2正偏導通，等效電路如圖6(a)所示，電感電壓UL=Ud＋Uo。

    （0≤t≤DT）    S1導通，S2及S3均斷開，等效電路如圖6(b)所示，電感電壓UL=Ud。

    輸出電壓平均值為Uo=－Ud/（1－D）

3    Buck-Boost電路

3.1    電路結(jié)構(gòu)

    主電路如圖7所示。圖中S0，S1，S2，S3，S4為全控型器件。負載依然為有源負載，直流輸入端并聯(lián)電感Lo。所有開關均采用PWM控制，此電路的元器件、電源、負載同樣假設為理想的。輸出濾波電感足夠大，可保證負載電流連續(xù)，且線性升降。此電路與雙象限Boost電路不同之處是主開關與電感相互交換位置。也是利用單象限Buck-Boost電路的主電路衍生出來的，并利用全橋全控電路實現(xiàn)雙象限功能。改變占空比D可以實現(xiàn)升壓或降壓功能。

3.2    工作原理

3.2.1    運行于第一象限

    （0≤t≤DT）    S0，S1，S2均導通，S3及S4斷開，等效電路如圖8(a)所示，電感電壓UL=Ud。

    (DT≤t≤T)    S0，S1及S3斷開，S2及S4導通，等效電路如圖8(b)所示，電感電壓UL=－Uo。

3.2.2    運行于第四象限

    (DT≤t≤T)    S0，S2，S4斷開，S1及S3導通，電感端電壓反向，等效電路如圖9(a)所示，電感電壓UL=Uo。

    （0≤t≤DT）    S0，S3，S4導通，S1及S2斷開，等效電路如圖9(b)所示，電感電壓UL=Ud。

    輸出電壓平均值為Uo=－DUd/（1－D）

4    結(jié)語

    本文在傳統(tǒng)的單象限Buck、Boost、 Buck-Boost電路的基礎上衍生了雙象限的Buck、Boost、 Buck-Boost電路，并且分析了其具體的工作過程。本文的分析為雙象限電路及直流變換電路的研究提供了新的思路。