1、Buck電路設計與仿真姓 名： 朱龍勝 班 級： 電氣1102 學 號： 11291065 日 期： 2014年5月10日 指導老師： 郭希錚 北 京 交 通 大 學1 / 14計算機仿真技術作業四題目：Buck電路的設計與仿真1、Buck電路設計：設計一降壓變換器，輸入電壓為20V，輸出電壓5V，要求紋波電壓為輸出電壓的0.5，負載電阻10歐姆，求工作頻率分別為10kHz和50kHz時所需的電感、電容。比較說明不同開關頻率下，無源器件的選擇。 2、Buck電路理論計算: 由以下公式計算: 得到下列計算結果fs(KHz)L(mH)C(F)100.375500500.0751003、Buck電路

2、仿真:利用simpowersystems中的模塊建立所設計降壓變換器的仿真電路。輸入電壓為20V的直流電壓源，開關管選MOSFET模塊(參數默認)，用Pulse Generator模塊產生脈沖驅動開關管。分別做兩種開關頻率下的仿真。(1)使用理論計算的占空比(D=0.25)，記錄直流電壓波形，計算穩態直流電壓值，計算穩態直流紋波電壓，并與理論公式比較，驗證設計指標。4、仿真過程:A建立模型:建立仿真模型如下如所示:B. 記錄數據:仿真算法選擇ode23tb,最大步長為0.1s，占空比D=0.25進行仿真，記錄數據如下表所示：開關頻率fs(KHz)電感L(mH)電容C(F)輸出電壓穩態值Vo(V

3、)輸出電壓紋波值Vo(V)電感電流波動值Io(A)100.3755004.7360.026710.454174.3390.02750.8750.18755006.4350.05101.8500.0751004.7450.01971.0140.0983.34.3960.02240.875與理論值對比開關頻率fs(KHz)電感L(mH)電容C(F)輸出電壓穩態值Vo(V)輸出電壓紋波值Vo(V)電感電流波動值Io(A)100.37550050.02510.4541750.0250.8330.187550050.0252500.07510050.02510.0983.350.0250.833C仿真過

4、程:當fs=10KHz,L=0.375mH C=500F, 占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態時，記錄穩態直流電壓值Vo=4.736V，穩態直流電壓理論值5V計算穩態直流紋波電壓的理論值,通過圖中得到直流紋波電壓為0.0267V當fs=10KHz,L=0.375mH, C=500F,占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態時,由，得電感電流波動理論值是1A ，由圖像得到電感電流波動值是1A，與理論計算相符合Figure-1 fs=10KHz,L=0.375mH, C=500F,占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態取1.2倍臨界電感值時，輸出電壓穩態值是4.399V，理論值是5V，紋波電壓理

5、論值0.025V記錄波形測得紋波電壓為0.0275V電感電流波動理論值為0.833A，由圖像得到電感電流波動值是0.875A取1.2倍電感值時Figure-2取1.2倍電感值時fs=50KHz,L=0.075mH, C=100F, 占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態時，記錄穩態直流電壓值Vo=4.745V，理論值是5V，穩態直流紋波電壓理論值0.025V,由輸出電壓波形得到實際值為0.0197V電感電流波動理論值為1A，測量值為1.014AFigure-3 fs=50KHz,L=0.075mH, C=100F, 占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態取1.2倍臨界電感時，輸出電壓平均值為4

6、.396V，理論值是5V，紋波電壓理論值為0.025V，實際為0.0224V電感電流波動理論值為0.833A，實際值為0.875AFigure-4 取1.2倍電感時(2)畫出電感電流波形，計算電流波動值并與理論公式對比記錄數據如下表開關頻率fs(KHz)電感L(mH)電容C(F)電感電流波動值Io(A)電感電流波動實際值Io(A)100.375500110.454170.8330.8750.187550021.8500.07510011.0140.0983.30.8330.875Figure-5 fs=10KHz,L=0.375mH, C=500F,占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態Fig

7、ure-6 fs=10KHz,L=0.45mH, C=417F,占空比D=0.25Figure-7 fs=50KHz,L=0.075mH, C=100F, 占空比D=0.25,電流連續的臨界狀態Figure-8 fs=50KHz,L=0.09mH, C=83.3F, 占空比D=0.25(3)修改占空比，觀察直流電壓值的變化。fs=10KHz,L=3.75e-4,C=500F,臨界連續占空比D(%)12.525507590Vo(V)2.234.7369.57214.7117.94Figure-9 輸出電壓與占空比關系曲線(4)將電感改為臨界電感值的一半，運行仿真模型(只仿真開關頻率10k時的情況

8、，使用理論計算的占空比)：記錄電感電流波形，電感電流波動值為1.8A觀察不連續電流的波形；記錄直流電壓波形，計算穩態直流電壓值，與理論公式6.67V對比，實際值6.435V并與同一占空比下電流連續時的直流電壓值4.736V進行比較；計算穩態直流紋波電壓，由圖中得到紋波電壓為0.0510V并與理論公式比較（需根據電流波形計算D2的大小）。理論值計算： 則 ： 實際仿真值：6.435V V可見理論公式算出來的值比實際仿真出來的值要大一些，是由于反并聯二極管作用導致。但是，在同一占空比情況下，電流不連續情況下比連續情況的輸出電壓大，比較穩態直流紋波電壓：由圖像得到輸出電壓的紋波為0.0510V在同一占空比的情況下，電流不連續情況下的紋波電壓比連續情況明顯增大。Figure-10 fs=10KHz,L=0.1875mH, C=500F,占空比D=0.254、實驗