《Fundamentals of Power Electronics》——转换器串联

转换器可以如下图一样串联使用。

转换器1的传输比为 M 1(D ),故它的输出电压 V1 为:

转换器1的输出电压作为转换器2的输入电压。令转换器2的占空比D等于转换器1的占空比。若转换器2的传输比为M 2(D ),则它的输出电压V为:

联立上述两式可得:

因此,复合转换器的传输比是两个转换器的传输比之积。

考虑转换器1为Buck电路,转换器2为Boost电路的情况,此时电路图如下所示。

Buck电路的传输比为:

Boost电路的传输比为:

因此复合传输比为:

复合转换器有同相的电压传输比,当占空比小于0.5时,输出电压相比于输入电压降低;当占空比大于0.5时,输出电压相比于输入电压升高。

图6.4可以极大的简化。电感 L 1 和 L 2 以及电容 C 1 组成一个三端低通滤波器。传输比不依赖于低通滤波器的端口数,因此使用一个简化的低通滤波器也可以获得同样的稳态输出电压。在图6.5a中,电容 C 1 被省略,此时电感 L 1 和 L2 串联,因此可以像图6.5b一样用一个电感代替,组成了一个同相的Buck-Boost电路。

图6.5b中的开关同样可以简化。当开关均在位置1时,转化器简化成如下图所示的电路。电感与输入电源 Vg 相连,能量从电源传输给电感。

当开关均在位置2时,转化器简化成如下图所示的电路。电感与负载相连,能量从电感传输给负载。

若要获得相反的输出电压,可以反向电感在子区间2(开关在位置2)时的极性。此时电路变为如下所示:

该电路的传输比为:

注意,简化后的电路中电感一端与地相连,另一端在电源和负载之间不断切换。因此,只需要一个单刀单掷开关,获得如下所示的传统Buck-Boost电路。

因此,Buck-Boost电路可认为是Buck电路和Boost电路的串联。从该角度来看,Buck-Boost电路的特性保持不变。因此,Buck-Boost电路的等效电路包含一个变比为1:D(Buck)的理想直流变压器和一个变比为D':1(Boost)的理想直流变压器。Buck-Boost电路继承了Buck电路的输入电流脉动和Boost电路的输出电流脉动。

其他的转换器也可以通过串联来获得。Cuk电路最初是通过在Boost电路后串联一个Buck电路得到的。可以通过改变内部电容在某一个子区间内的极性来获得相反的输出电压。和在Buck-Boost电路一样,该运行方式可以减少开关数量。Cuk电路的等效电路包含一个变比为D':1(Boost)的理想直流变压器和一个变比为1:D(Buck)的理想直流变压器。Cuk电路继承了Boost电路的非脉动输入电和Buck电路的非脉动输出电流。

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