《Forth——双向DC电路》

        Buck、boost、buck-boost、双向DC电路大纲整理。

        分析了电路连续、临界、断续三个开关状态，推导稳态电压增益M与电感平均电流I0关系，并使用matlab作关系图。

        建议按顺序理解阅读。

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目录

电子整理版 

双向DC-DC 电路组成介绍

双向DC-DC 电路状态分析及平均电流与占空比的关系

状态一：纯Buck电路

状态二：纯Boost电路

状态三：Buck-Boost混合电路

MATLAB作关系图

手写整理版

电路组成

状态分析与公式推导

比较分析三种状态

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电子整理版 

双向DC-DC 电路组成介绍

        双向DC-DC 电路就是在保持输入、输出电压极性不变的情况下，根据实际所需的改变电流的方向，实现双象限运行的双向直流变换器。

        通过改变MOS管的开断，可以改变输出电流的方向，合理运用输入输出端口，既可以实现降压功能，也可以实现升压功能。它由两个MOS管和两个二极管组成。其电路结构图如图2.3.1所示。

图2.3.1   双向DC-DC电路基本电路结构

双向DC-DC 电路状态分析及平均电流与占空比的关系

        假定开关管开断状态始终不同（注：电路设计中使用芯片IR2103构成驱动电路实现此设定），根据实际电路开关管不同开断方式及时间情况，得到纯Buck电路、纯Boost电路、Buck-Boost混合电路三种状态。

        设电路的单位工作周期为Ts，开关管Q1开通所持续时间为t1 =DTs，其中D为Q1导通时间所占工作周期的比例，即占空比。开关管Q2开通所持续时间为t2=Ts-t1 =（1-D）*Ts。I1为输入U1侧电流，I2为输出U2侧电流，Io流经iL的平均电流，电流取正方向为从左到右。

下面分别对各状态进行分析：

状态一：纯Buck电路

        如图2.3.2所示。左侧作为输入端，右侧作为输出端时电路等效于Buck电路。此时Q2始终保持关断状态，通过改变mos管Q1的开断时间，即其占空比D，实现从U1到U2的Buck电路降压功能。为便于分析，状态一只考虑等效Buck电路连续状态下情况，即为纯Buck电路。

图2.3.2   等效buck电路工作

结合之前分析可得纯Buck电路下：

状态二：纯Boost电路

        如图2.3.3所示。左侧作为输出端，右侧作为输入端时电路等效于Boost电路，此时Q1始终保持关断状态，通过改变mos管Q2的开断时间，即其占空比D，实现从U2到U1的Boost电路升压功能。为便于分析，状态二只考虑等效Boost电路连续状态下情况，即为纯Boost电路。

图2.3.3   等效boost电路工作

结合之前分析可得纯Buck电路下：

即：

        纯Boost电路的平均电流=-纯buck电路的平均电流

        纯Boost电路的增益=纯Buck电路的增益的倒数

状态三：Buck-Boost混合电路

        如图2.3.4所示。合并分析Buck电路和Boost电路中的特殊情况，即其工作在断续情况下，即为Buck-Boost混合电路。

图2.3.4   buck-boost混合电路电路工作

MATLAB作关系图

运用matlab求解、作图，程序如下： 

syms 
M=0:0.0005:0.5;I1=-0.5:0.001:0.5;
for D=0:0.1:1
    b=1;
    for a=0:0.0005:0.5
        M(b)=D;
        b=b+1;
    end
    plot(I1,M);
    hold on;
end 
D=0:0.01:1;x=0.5.*D.*(1-D);y=D;
plot(x,y)
hold on;
D=-1:0.01:0;x=-0.5.*(-D).*(1+D);y=-D; 
plot(x,y)
hold on
xlabel('I*');ylabel('电压增益M');
legend('D=0','D=0.1','D=0.2','D=0.3','D=0.4','D=0.5','D=0.6','D=0.7','D=0.8','D=0.9','D=1','纯buck状态分界线','纯boost状态分界线');

结果如图2.3.5所示。

图2.3.5 占空比不同情况下I*O与M的关系图

手写整理版

电路组成

状态分析与公式推导

比较分析三种状态

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