本文是專(zhuān)題《Buck和Boost升降壓開(kāi)關(guān)電源開(kāi)環(huán)與閉環(huán)分析和設(shè)計(jì) 》的第二篇。
上一篇講了Boost+Buck升壓和降壓電路開(kāi)環(huán)工作原理測(cè)試，此篇將闡述關(guān)于Buck+Boost降壓和升壓電路開(kāi)環(huán)工作原理測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，歡迎點(diǎn)擊“資料”，下載本文配套資料。工程師們喜歡的話(huà)，記得點(diǎn)贊、收藏、關(guān)注、轉(zhuǎn)發(fā)、留言！
Buck+Boost降壓和升壓電路開(kāi)環(huán)工作原理測(cè)試：PS——Buck and Boost
1、Buck+Boost降壓和升壓電路開(kāi)環(huán)工作原理分析
工作原理：當(dāng)輸入電壓與輸出電壓接近時(shí)Buck降壓電路和Boost升壓電路同時(shí)工作，以限制Buck驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比接近100%、Boost驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比接近0%；此時(shí)將Buck電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)置為某一值，該值低于80%，從而B(niǎo)uck輸出電壓實(shí)現(xiàn)降壓、低于輸入電壓，Boost電路工作于升壓模式、使其輸出電壓高于Buck輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)整體電路的穩(wěn)壓控制，具體電路如下圖所示。
Buck降壓電壓——開(kāi)環(huán)
Boost升壓電壓——開(kāi)環(huán)
主、輔、Boost驅(qū)動(dòng)源
參數(shù)說(shuō)明：
Duty——MCU控制Boost驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比，
0.4(反饋保護(hù)起作用)、0.6、0.8，Duty越大輸出電壓越低、Duty越小輸出電壓越高；
Freq——MCU控制信號(hào)的頻率；
SW1——功能測(cè)試1電路狀態(tài)設(shè)置：1為功能正常、0為開(kāi)路；
SW2——SW2測(cè)試電路狀態(tài)設(shè)置：1為單獨(dú)測(cè)試——Buck與Boost單獨(dú)工作、
0為聯(lián)合調(diào)試——Buck+Boost聯(lián)合工作；
DutyB——Buck降壓電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比，
DutyB越小輸出電壓越低、DutyB越大輸出電壓越高；
2、 瞬態(tài)開(kāi)環(huán)測(cè)試——24V輸入、24V輸出
對(duì)電路進(jìn)行時(shí)域瞬態(tài)測(cè)試，仿真設(shè)置如下圖所示，此時(shí)Duty=0.65（Boost驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比）、DutyB=0.7（Buck驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比）、Freq=20k、SW1=1、SW2=0（Buck和Boost聯(lián)合工作），MCU輸出信號(hào)U9RE7實(shí)現(xiàn)Buck的MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制、U9RE6實(shí)現(xiàn)Boost的MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，此時(shí)輸出電壓計(jì)算值V(O1C)=VCCI1×DutyB/Duty，與測(cè)試結(jié)果23.776V基本一致；當(dāng)Buck電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比DutyB固定之后，Boost電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比越小輸出電壓越高、反之則越低。
瞬態(tài)仿真設(shè)置：Duty=0.65、DutyB=0.7、Freq=20k、SW1=1、SW2=0
驅(qū)動(dòng)信號(hào)和輸出電壓波形
輸出電壓波形和數(shù)據(jù)：輸出電壓最大值23.776V、最小值22.314V
Buck+Boost開(kāi)環(huán)聯(lián)合控制測(cè)試：PS——Buck and Boost New
1、 Buck+Boost開(kāi)環(huán)聯(lián)合控制工作原理分析
工作原理：Buck+Boost開(kāi)環(huán)聯(lián)合控制電路如下圖，控制信號(hào)U9RE7和U9RE6反相、分別控制Q25和Q24C同時(shí)導(dǎo)通和截止，從而連續(xù)工作方式時(shí)電感L7C兩端的電壓分別為V(VCCI1)和V(O1C)，根據(jù)伏秒平衡原理，此時(shí)輸出電壓V(O1C)= V(VCCI1)×(1-Duty)/Duty——通過(guò)控制占空比Duty即可以使電路降壓又可以使電壓升壓，占空比Duty（U9RE6）越大輸出電壓越低。
Buck測(cè)試電路
Boost測(cè)試電路+過(guò)壓保護(hù)
供電和驅(qū)動(dòng)
參數(shù)說(shuō)明：
Duty——MCU控制Boost驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比，
0.2(反饋保護(hù)起作用)、0.4、0.6、0.8，Duty越大輸出電壓越低、Duty越小輸出電壓越高；
Freq——MCU控制信號(hào)的頻率；
SW1——功能測(cè)試1電路狀態(tài)設(shè)置：1為功能正常、0為開(kāi)路；
Buck+Boost參數(shù)設(shè)置
2、Buck+Boost開(kāi)環(huán)聯(lián)合瞬態(tài)測(cè)試
測(cè)試結(jié)果：輸入電壓24V、占空比Duty=0.6時(shí)的瞬態(tài)仿真設(shè)置、測(cè)試波形和數(shù)據(jù)分別如下圖所示；MCU輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)V(U9RE6)與V(U9RE7)反相，使得V(Q24C:g)與V(Q25:s,Q25:g)同時(shí)為高或低、控制Q24C和Q25同時(shí)導(dǎo)通和截止；輸入電壓VIN=24V、Duty=0.6、負(fù)載電阻RL1C=4歐姆時(shí)電路工作于斷續(xù)模式，輸出電壓最大值約為27V、最小值約為26V、略大于計(jì)算值V(O1C)= V(VCCI1)×(1-Duty)/Duty=24V；電感兩端電壓分別為23V和29V、與輸入電壓VIN和輸出電壓V(O1C)-1（1代表二極管壓降）基本一致，當(dāng)Q25驅(qū)動(dòng)信號(hào)V(Q25:s,Q25:g)為高時(shí)電感I(L7C)電流增大—儲(chǔ)能，當(dāng)Q25驅(qū)動(dòng)信號(hào)V(Q25:s,Q25:g)為低時(shí)電感I(L7C)電流降低—釋能。
瞬態(tài)仿真設(shè)置
驅(qū)動(dòng)測(cè)試波形：V(U9RE6)與V(U9RE7)反相；
V(Q24C:g)與V(Q25:s,Q25:g)同時(shí)為高或低、控制Q24C和Q25同時(shí)導(dǎo)通和截止
輸出電壓、驅(qū)動(dòng)電壓、電感電流與電壓測(cè)試波形與數(shù)據(jù)
3、Buck+Boost開(kāi)環(huán)聯(lián)合測(cè)試——升壓與降壓測(cè)試
測(cè)試結(jié)果：輸入電壓為24V、負(fù)載電阻RL1C=4歐姆，測(cè)試占空比Duty分別為0.3、0.5、0.7時(shí)的輸出電壓，輸出電壓計(jì)算公式為V(O1C)= V(VCCI1)×(1-Duty)/Duty；輸出電壓平均值分別為43.67V、31.63V和19.4V與計(jì)算值56V、24、10存在一定差距，所以實(shí)際工作時(shí)需要進(jìn)行閉環(huán)控制，但是利用該電路和控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓的升高與降低全量程調(diào)節(jié)。
瞬態(tài)仿真設(shè)置
Duty參數(shù)仿真設(shè)置
輸出電壓瞬態(tài)值
輸出電壓平均值測(cè)試波形與數(shù)據(jù)
VIN=24V、Duty=0.8、RL1C=4時(shí)的輸出電壓波形