4开关BUCK/BOOST BOB电源电路设计

本文介绍了4开关Buck/Boost电路的基本工作原理,包括其在降压和升压模式下的电流控制方式,以及电感和电容的角色。着重讨论了电感和电容的计算方法,并给出了一个示例波形。这种拓扑在手机、汽车和嵌入式系统中具有广泛应用。

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基于电感器的开关架构电源有3中常见的拓扑结构,分别是BUCK降压电源BOOST升压电源以及BUCK-BOOST负压电源,今天介绍的第4中拓扑——4开关BOB电源,在手机、汽车、嵌入式等领域都有广泛应用,它的基本工作原理是怎样的呢?有什么优势呢?

4开关BUCK/BOOST电路通常有两种工作模式:升压模式和降压模式。

降压模式下:

3、4管常闭和常通,通过1、2调节电压。

1、2管常闭和常通,通过3、4调节电压。

电流流向:

电压通过电压、电流环跟踪。

电感作为储能元件,电感的大小与开关频率、电流纹波大小有关。

电容与两端电压的波动范围有关。

电感和电容的计算方式可以根据BUCK电路或BOOST电路的计算方式计算。

波形:如图所示为输入电压32V,输出电压24V,输出电压纹波正负0.2V的波形。

### 开关 BOB 电路设计与控制算法 开关 BOB(Bridge On Bridge 或 Boost-Buck 转换器)是一种常见的电力电子拓扑结构,广泛应用于直流-直流转换场景。以下是关于该主题的相关讨论: #### 1. **开关 BOB 的基本原理** 开关 BOB 结构由个功率开关组成,通过 PWM(脉宽调制)信号来调节输入电压到输出电压之间的关系。这种拓扑可以实现升压或降压的功能,具体取决于占空比 \( D \) 和负载条件。 对于开关 BOB 的工作模式,其核心在于如何利用按位逻辑运算(如按位与 `&` 运算[^1]),在数字控制器中生成精确的驱动信号。例如,在某些微处理器中,可以通过设置寄存器位的方式决定哪些开关处于导通状态。 ```python # 假设 SW1-SW4开关的状态 (1 表示开, 0 表示关) SW1 = 1 SW2 = 0 SW3 = 1 SW4 = 0 # 使用按位与判断特定开关组合是否满足条件 result = (SW1 & SW3) | (~SW2 & ~SW4) print(result) # 输出结果用于验证开关状态的有效性 ``` 上述代码片段展示了如何使用按位与和其他逻辑操作来评估开关配置的安全性和有效性。 --- #### 2. **开关 BOB 的控制策略** 为了优化效率并减少纹波电流,通常采用以下几种控制方法之一: - **固定频率 PWM 控制** 此种方式下,PWM 占空比被调整以维持期望的输出电压水平。这种方法简单易行,但在动态响应方面可能稍显不足。 - **滑模变频控制** 滑模控制能够提供更快的瞬态响应速度以及更高的鲁棒性。然而,它可能会引入高频噪声成分,需额外滤波处理。 - **模型预测控制 (MPC)** MPC 方法基于未来一段时间内的系统行为进行决策制定,从而达到更优的整体性能指标。尽管如此,它的计算复杂度较高,适合高性能 DSP 平台实施[^2]。 --- #### 3. **实际应用中的注意事项** 在硬件层面构建开关 BOB 设备时需要注意以下几点事项: - 开关元件的选择应考虑额定电压、电流容量及其开关损耗特性; - 输入电感量大小直接影响系统的稳定区域边界定义; - 驱动电路的设计要确保各相之间不存在直流通路现象发生。 此外,软件部分还需要加入保护机制防止异常情况下的器件损坏风险。比如过流检测中断服务程序可以在发现超出设定阈值的情况下立即封锁所有门极触发命令[^3]。 --- #### 4. **总结** 综上所述,无论是从理论分析还是工程实践角度来看,掌握好开关 BOB 技术都需要扎实的基础知识积累加上不断探索创新精神的支持。随着新能源汽车等领域快速发展需求推动,相信这一技术将会得到更加广泛应用与发展前景广阔。 ---
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