// บทที่ 15.8 · อิเล็กทรอนิกส์กำลัง · Buck-Boost Converter

บั๊ก-บูสต์คอนเวอร์เตอร์: แบบกลับขั้ว แบบ 4 สวิตช์ และการเลือกโทโพโลยี

บั๊ก-บูสต์กลับขั้ว −D/(1−D) ความเค้น V_in + |V_o| RHP zero บั๊ก-บูสต์ 4 สวิตช์แบบไม่กลับขั้ว และตารางเลือกระหว่าง SEPIC Ćuk และ flyback

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

Inverting buck-boost ความเค้นสูงกว่า Buck/Boost แบบจำลองสัญญาณเล็ก Non-inverting 4-switch buck- เลือกใช้อย่างไร

สรุปใน 30 วินาที

$V_o/V_{in} = -D/(1-D)$ — D น้อยกว่า 0.5 ลด มากกว่า 0.5 เพิ่ม
สวิตช์และไดโอดรับ $V_{in}+|V_o|$
RHP zero ต่ำกว่าบูสต์ด้วยปัจจัย 1/D
ต้องการขั้วบวกประสิทธิภาพสูง → 4-switch buck-boost

Inverting buck-boost

ON: $v_L = V_{in}$ , ไดโอดกลับไบแอส — โหลดได้พลังงานจาก C
OFF: $v_L = V_o$ (ซึ่งเป็นลบ) — L ปล่อยพลังงานทั้งหมดไปขาออก (ไม่มี เส้นทางตรงจาก Vin สู่ Vout)

W1 Volt-second balance (buck-boost) อัตราส่วนแปลงผัน

V_{in}D + V_o(1-D) = 0 \;\Rightarrow\; \boxed{\frac{V_o}{V_{in}} = -\frac{D}{1-D}},\qquad I_L = \frac{I_o}{1-D} = I_{in}+I_o

$D \lt 0.5$ ลดแรงดัน, $D \gt 0.5$ เพิ่มแรงดัน — นี่คือ flyback ที่ไม่มีหม้อแปลง ( $L$ เป็นตัวเก็บพลังงานล้วน)

ความเค้นสูงกว่า Buck/Boost

ปริมาณ	ค่า
แรงดันสวิตช์/ไดโอด	$V_{in} + \lvert V_o\rvert$
กระแสพีก	$I_o/(1-D) + \Delta i_L/2$
$\Delta i_L$	$V_{in}D/(Lf_s)$
$\Delta v_o$	$I_oD/(Cf_s)$ + ESR term
พลังงานต่อคาบที่ L ต้องเก็บ	$P_o T_s$ ทั้งหมด → แกนใหญ่กว่า buck ที่กำลังเท่ากัน

ขอบ CCM: $K_{crit}=(1-D)^2$ ; DCM: $\lvert M\rvert = D/\sqrt{K}$ (ไม่ขึ้นกับ $V_{in}$ ในเชิงอัตราส่วน — สะดวกสำหรับ LED driver)

แบบจำลองสัญญาณเล็ก

W2 Buck-boost Gvd with RHP zero ฟังก์ชันถ่ายโอนและ RHP zero

G_{vd}(s) = -\frac{V_{in}}{(1-D)^2}\cdot\frac{1 - s\dfrac{DL}{R(1-D)^2}}{\dfrac{LC}{(1-D)^2}s^2 + \dfrac{L}{R(1-D)^2}s + 1}, \qquad \omega_{RHPZ} = \frac{R(1-D)^2}{DL}

RHP zero ต่ำกว่า boost ด้วยปัจจัย $1/D$ — ยิ่งเพิ่มแรงดันมาก ยิ่งต้องจำกัดแบนด์วิดท์

เรื่องสัญญาณป้อนกลับขั้วลบ Vout เป็นลบเทียบกับกราวด์ร่วม ต้องใช้ op-amp แบบ inverting (หรือวงจร level-shift) ป้อนกลับให้คอนโทรลเลอร์ ซิมูเลเตอร์บนเว็บนี้แสดงขนาด

\lvert V_o\rvert

Non-inverting 4-switch buck-boost

ใช้สองขาสวิตช์ (buck leg + boost leg) กับ L ตัวเดียว ทำงาน 3 โหมด: buck ( $V_{in} \gt V_o$ ), boost ( $V_{in} \lt V_o$ ) และ buck-boost ช่วงเปลี่ยนผ่าน ข้อดี: ขั้วบวก, ความเค้น = $\max(V_{in},V_o)$ , ประสิทธิภาพ 95–98% เหมาะกับแบตเตอรี่ Li-ion ที่แรงดันคร่อมค่าเป้าหมาย, USB-PD, ระบบ 12 V รถยนต์ (cold crank) ตัวอย่างชิปควบคุมดู การเลือกตัวควบคุม

เลือกใช้อย่างไร

ต้องการ	เลือก
ขาออกกลับขั้ว ราคาถูก กำลังต่ำ	Inverting buck-boost
ขาออกบวก Vin คร่อม Vo กำลังต่ำ-กลาง	SEPIC
ขาออกบวก ประสิทธิภาพสูง กำลังกลาง-สูง	4-switch buck-boost
กระแสเข้า-ออกต่อเนื่อง EMI ต่ำ (กลับขั้ว)	Ćuk
ต้องการฉนวนไฟฟ้า	Flyback (SMPS)

คำถามที่พบบ่อย

บั๊ก-บูสต์ต่างจาก flyback อย่างไร?

ทำงานเหมือนกันคือเก็บพลังงานในตัวเหนี่ยวนำช่วงสวิตช์นำแล้วปล่อยให้ขาออกช่วงสวิตช์ดับ flyback เปลี่ยนตัวเหนี่ยวนำเป็นหม้อแปลงที่มีขดสองชุด จึงได้ฉนวนไฟฟ้าและปรับอัตราส่วนด้วยจำนวนรอบ

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์