要負壓，就反加，將激磁后電感的感應電壓以相反極性加到輸出電壓，就可以得到負壓BUCKBOOST變換器最基本的電路結構，下面介紹其工作原理。

1、電感電流連續(xù)導通模式CCM工作原理

假定：BUCKBOOST負壓變換器工作在穩(wěn)定狀態(tài)，電感電流iL處于連續(xù)導通模式：每一個開關周期開始時，iL從一定的初始值iLmin開始激磁工作，每一個開關周期結束，電感電流回到初始值iLmin。開關管Q、二極管D、電感L和濾波電容均為理想元件，濾波電容的電容值足夠大，輸入電壓紋波和輸出電壓紋波都很小，輸入電壓Vin和輸出電壓-Vo保持穩(wěn)定不變，開關管Q、二極管D、電感L三個元件交點稱為開關節(jié)點，電壓為Vsw。

(a)BUCKBOOST負壓變換器

(b)開關管Q開通

(c)開關管Q關斷

圖1 BUCKBOOST變換器CCM工作等效電路

（1）開關管Q開通，二極管D關斷

當t=0時，iL=IL(min)，開關管Q開通，二極管D的陰極電壓為Vin，陽極電壓為-Vo，二極管D兩端電壓反向偏置，處于截止；電感L上邊電壓為Vin，下邊電壓為0，VL=Vin，加在電感L兩端電壓為正向電壓，電感激磁，iL從初始值IL(min)隨時間線性增加，電感儲存能量。

在t=ton時刻，開關管Q關斷，iL達到最大值IL(max)。

開關管Q導通期間，二極管D承受反向電壓處于截止狀態(tài)。此時，輸入電源并不向輸出負載傳輸能量，因此，輸出負載Ro所需要能量全部由輸出電容Co提供。

（2）開關管Q關斷，二極管D開通

開關管Q關斷后，iL不能突變，要保持原來大小和方向，因此，二極管D導通續(xù)流，iL從二極管D流過，二極管D兩端電壓處于正向偏置。電感上邊電壓為-Vo，下邊電壓為0，VL= -Vo，加在電感L兩端電壓為反向電壓，電感去磁，iL從最大值IL(max)隨時間線性下降，電感向輸出負載釋放能量。

這一階段時間起點從ton開始，當t= ton ，iL=IL(max)，得到：

開關管Q保持關斷時間為toff，在ton+toff=TS時刻，電感電流從最大值IL(max)降低到初始的最小值IL(min)，開關管Q再次開通，上一個開關周期結束，下一個開關周期開始，重復以上過程，如此反復。

2、電感電流連續(xù)導通模式CCM工作波形

電感電流連續(xù)導通模式CCM，相關參數(shù)的工作波形如圖2所示。

圖2 BUCKBOOST變換器CCM波形

BUCKBOOST變換器開關管導通期間，輸出電容Co放電，輸出電容Co的電流小于0，電容提供全部所需負載電流。開關端關斷期間，輸出電容Co充電，輸出電容Co的電流大于0，電感同時提供所需負載電流和電容充電電流。每個開關周期中，電容充放電過程滿足電荷平衡。

3、電感電流連續(xù)導通模式CCM相關參數(shù)計算

（1）輸入電壓Vin和輸出電壓Vo關系

BUCKBOOST負壓變換器在連續(xù)導通模式CCM下穩(wěn)態(tài)工作時，每個開關周期，電感必須磁通復位或伏秒值平衡，因此，可以得到：

由于D小于或等于1，因此，Vo可以大于Vin，也可小于 Vin，BUCKBOOST負壓變換器具有升降壓功能。

（2）電感電流紋波和輸入電流

電感電流紋波為：

電感平均電流IL為：

忽略變換器的功率損耗，輸入功率Pin等于輸出功率Po：

穩(wěn)態(tài)工作時，輸出濾波電容電流平均值為0，二極管D與輸出電壓端串聯(lián)，輸出電流Io等于二極管D的平均電流ID。

4、電感電流非連續(xù)導通模式DCM工作原理及基本關系

BUCKBOOST變換器的電感電流平均值IL與輸出電流Io成正比，如果Io降低，IL也隨之降低，其鋸齒波波形整體向下移動。當Io降低到一個值時，iL最小值降低到0，IL(min)=0，iL從鋸齒波變?yōu)槿遣ǎ矗好恳粋€開關周期開始時，iL的初始值為0；每個開關周期結束時，iL剛好降低到0，這種工作模式稱為臨界導通模式CRM Critical ConductionMode。

電感電流平均值IL為：

BUCKBOOST變換器進入到臨界導通模式后，Io進一步降低，iL降為0后，輸出二極管D自然關斷不再導通；然而，此時開關周期時間還沒有結束，iL在開關周期結束之前提前下降到0，輸出二極管D提前關斷；后面一段時間，iL將保持為0不變，這種狀態(tài)一直持續(xù)到下一個開關周期開始。在開關周期中，iL的電路波形在中間出現(xiàn)不連續(xù)（斷續(xù)）狀態(tài)，這種工作模式稱為非連續(xù)（斷續(xù)）導通模式DCM Discontinuous Conduction Mode。

在DCM模式工作時，電感電流平均值IL小于其峰值電流的一半：

BUCKBOOST變換器電感電流工作在非連續(xù)導通模式DCM時，電路有3種工作狀態(tài)， ton和toff1與連續(xù)導通模式CCM相同，多出一個工作狀態(tài)為toff2，如圖3所示。此期間，iL一直保持為0，輸出負載Ro完全由輸出電容Co放電來維持供電，因此，輸出電容Co的紋波電壓較大。

圖3 BUCKBOOST變換器非連續(xù)導通模式toff2期間等效電路

圖4 BUCKBOOST變換器DCM波形

輸入電壓Vin和輸出電壓Vo關系為：

穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電流Io等于二極管的平均電流ID，因此：

得到：

另外，也可以使用功率平衡（能量守恒）來求解輸入電壓Vin和輸出電壓Vo關系。在一個開關周期內，開關管Q導通時，輸入電源才向變換器傳輸功率。

審核編輯：劉清