Buck电路的设计与仿真

精品值得阅读精品值得阅读相信相信的力量相信相信的力量uck电路的设计与仿真1、Buck电路设计：设计一降压变换器，输入电压为20V，输出电压5V，要求纹波电压为输出电压的0.5%，负载电阻10欧姆，求工作频率分别为10kHz和50kHz时所需的电感、电容。比较说明不同开关频率下，无源器件的选择。解：(1)工作频率为10kHz时，A.主开关管可使用MOSFET,开关频率为10kHz;B输入20V，输出5V，可确定占空比Dc=25%;C.根据如下公式选择电感Lc(1_DJRLc(1_DJRT2s(1-0.25)1°亠210000=3.7510*H5(1-0.25)0.7510,5(1-0.25)0.7510,H50000这个值是电感电流连续与否的临界值,L>Lc则电感电流连续，实际电感值这个值是电感电流连续与否的临界值，L>Lc则电感电流连续，实际电感值可选为1.1~1.2倍的临界电感，可选择为410»H；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值C=^^Ts2 J=4.1710牛8L^U。 8沃4.5沃10X0.005510000(2)工作频率为50kHz时，A.主开关管可使用MOSFET,开关频率为50kHz;B输入20V，输出5V，可确定占空比Dc=25%;C.根据如下公式选择电感. (1—DJRt(1—0.25)汇10,. 1Lc Ts2

可选为1.2倍的临界电感，可选择为0.910"H；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值Uo(1-DcUo(1-Dc)8LUoTs25(1-0.25) 180.910J0.0055500002=0.83310*F分析：在其他条件不变的情况下，若开关频率提高 n倍，则电感值减小为1/n，电容值也减小到1/n。从上面推导中也得出这个结论2、Buck电路仿真:利用simpowersystems中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为20V的直流电压源，开关管选MOSFET模块（参数默认），用PulseGenerator模块产生脉冲驱动开关管建模:matlab20120510«matlab20120510«分别做两种开关频率下的仿真工作频率为10kHz时

使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。直流电压波形：(稳态直流电压值=4.595V)直流纹波电压波形:观察直流电压瞬时值:输出的稳态直流电压最大值为 4.607V，最小值为 4.585V，所以得到Uo:0.012V

.UoUo.UoUo俺0.0026c0.0054.595符合设计要求画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。电流波形:输出的电感电流最大值为0.96A，最小值为0A，所以得到：iL：0.96A理论计算如下所示：T32.520.50-0.511.525Tineofftet:纹波T090.00.60.50.30.200.01910.01520.01930.01940.01%0.0197Tineoffset0.01S530T32.520.50-0.511.525Tineofftet:纹波T090.00.60.50.30.200.01910.01520.01930.01940.01%0.0197Tineoffset0.01S530.沉=虫（1—Dc）Ts54（1一0.25） - 0.9375AL 4"0 10000仿真结果与理论值基本相同。（3）修改占空比，观察直流电压值的变化占空比改为50%直流电压波形：（幅值为9.551V）输出的稳态直流电压最大值为 9.5657V输出的稳态直流电压最大值为 9.5657V，最小值为9.5502V，所以得到Uo：0.0115V。UoUo0.0115UoUo0.01159.5510.0012<0.005直流电压在趋于稳定前，波动增多。同时，在稳定时的纹波减小了⑷将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型：记录电感电流波形，观察不连续电流的波形；记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，与理论公式对比,并与同一占空比下电流连续时的直流电压值进行比较；计算稳态直流纹波电压,并与理论公式比较（需根据电流波形计算D2的大小）电感电流波形:

电感电流波形:电流断续波形:电流连续波形:电压波形：（稳态电压值=6.264V）

口回:骨自 ASSO&-EgUo0.020.040.06o.oa0.10120.140.1Eo.ie0.20.020.040.06o.oa0.10120.140.1Eo.ie0.21 - - .・・・・・・・・N - I i r ；；・・・・・・・・・・lZJiiiiTineoflset:0输出的稳态直流电压最大值为 6.288V，最小值为6.231V，所以得到.Uo：0.057V。■UoUo■UoUo0.0576.2640.0091 0.005纹波增大。大于设计要求电流断续:Vout_电流断续:Vout_D!Vin D1D2电流连续：=D1Vin所以：D2=Vin-VoutD1=20-6.264*4.595=0504，电感变为原来一半。占Vout 6.264 20空比变为原来的两倍工作频率为50kHz时1）使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标直流电压波形：（稳态直流电压值=4.605V）

直流纹波电压波形:直流纹波电压波形:观察直流电压瞬时值:输出的稳态直流电压最大值为 4.617V，最小值为4.591V，所以得到UoUoUo-0.026VUoUo=0.026：0.0056 0.0054.605不符合设计要求2）画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。电流波形:输出的电感电流最大值为0.86A电流波形:输出的电感电流最大值为0.86A，最小值为0A，所以得到iL0.86A理论计算如下所示:理论计算如下所示:%二 —Dc)T%二 —Dc)Ts50.910*°-0-25)融"8333A仿真结果与理论值基本相同3）仿真结果与理论值基本相同3）修改占空比，观察直流电压值的变化占空比改为50%直流电压波形：（幅值为9.551V）3自QQPftH®s3自QQPftH®sa■Tktie 0 »10输出的稳态直流电压最大值为9.5680V,最小值为9.5506V,所以得到Uo:0.0176V。UoUo0.0176UoUo0.01769.5510.0018<0.005直流电压在趋于稳定前，波动增多。同时，在稳定时的