buck-boost DC-DC Converter
升降壓型DC-DC轉換器
指導老師：蔡明村教授
研 究 生：吳東璿
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大 綱
一、前言
二、傳統升壓型與降壓型轉換器
三、升降壓型轉換器
四、控制方法
五、實際波形
六、結論
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前 言
混合動力系統為近年來發展重點之一，目前
常見的混合動力系統包含燃料電池、DC-DC轉換
器及鋰電池，在混合動力系統內負載所需能量由
鋰電池及經過DC-DC轉換器之燃料電池所供給。
燃料電池具有低污染的優點且輸出為直流電，
以及擁有隨著負載變化而影響輸出電壓特性，其
輸出電壓與電流為反比
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前 言
為了配合燃料電池輸出電壓隨著負載變動之
特性，在DC-DC轉換器部分採用升降壓型架構，
將燃料電池輸出電壓穩在鋰電池所需的電位。
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DC-DC轉換器
燃料 負載
(升、降、升降壓
電池 (馬達)
轉換器)
PWM 蓄電池 馬達
控制器 (鋰電池) 控制器
混合動力系統方塊圖
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功率-電流曲線圖
1200
1000
800
輸出功率 600
400
200
0
0 5 10 15 20 25 30 35
輸出電流
燃料電池功率-電流曲線圖
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電壓-電流曲線圖
60
50
40
輸出電壓 30
20
10
0
0 5 10 15 20 25 30 35
輸出電流
燃料電池電壓-電流曲線圖
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傳統升壓型與降壓型轉換器
升壓型轉換器
L1 D1
S1 C
Battery
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傳統升壓型與降壓型轉換器
升壓型轉換器-動作原理(1)
VL
C
Battery
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傳統升壓型與降壓型轉換器
升壓型轉換器-動作原理(2)
VL D1
C
Battery
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傳統升壓型與降壓型轉換器
降壓型轉換器
S1 L1
D1 C
Battery
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傳統升壓型與降壓型轉換器
降壓型轉換器-動作原理(1)
VL
C
Battery
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傳統升壓型與降壓型轉換器
降壓型轉換器-動作原理(2)
VL
D1 C
Battery
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升降壓型轉換器
Q1
Vin Vout
Q2
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升降壓型轉換器
本文所介紹的升降壓型轉換器架構，具有架
構簡單、低成本及易實現等的優點。
且在主電感的使用上，Buck及Boost採用同一
顆電感，除了擁有廣泛的輸入輸出電壓外，也可
降低電感損耗提升整體效率。
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控制方法
S1 VL D2
Vin D1 Vout
狀態一
VL D2
Vin D1 Vout
狀態二
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控制方法
S1 VL
Vin S2 Vout
狀態一
S1 VL D2
Vin Vout
狀態二
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實際波形
Vgs 2
S2開關訊號
S1開關訊號
Vgs1
Boost模式下開關訊號
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實際波形
Vgs 2
S2開關訊號
Vgs1 S1開關訊號
Buck模式下開關訊號
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實際波形
Vgs 2
S2開關訊號
S1開關訊號
Vgs1
臨界模式下開關訊號(1)
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實際波形
Vgs 2
S1開關訊號
Vgs1
臨界模式下開關訊號(2)
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Buck轉換效率曲線圖
98
97
96
95
效率(%) 94
93
92
91
90
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
輸出功率(W)
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Boost轉換效率曲線圖
97
96
95
94
93
效率(%)
92
91
90
89
88
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
輸出功率(W)
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結 論
雖然操作在升壓模式與降壓模式時，整體效
率在90%以上，但開關切換方式為硬切，這將造
成極大的損失，尤其在滿載或重載時，因此未來
可朝柔切方式研究以提升效率。
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