Buck电路的设计与仿真.doc

1、精品值得阅读Buck 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 D c )R Ts(1 0.25) 1013.75 10 4 H2210000这个值是电感电流连续与否的临界值，L Lc 则

2、电感电流连续，实际电感值可选为 1.11.2 倍的临界电感，可选择为4 10 4 H ；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值CU0(1D c ) Ts25(140.25)0 5 51 2 =4.17 104F8LU 08 4.5100.010000（ 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Lc(1 D c ) R Ts(1 0.25) 1010.75 10 4 H2250000这个值是电感电流连续与否的临界值，LLc 则电感电流连续，实际电感值相信相信

3、的力量精品值得阅读可选为 1.2 倍的临界电感，可选择为0.910 4 H ；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值CU0(1D c ) Ts25(10.25)1= 0.833 10 4 F8LU 08 0.910 40.005 550000 2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 sim powersystems 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

4、驱动开关管。建模：分别做两种开关频率下的仿真。工作频率为 10kHz 时相信相信的力量精品值得阅读(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 =4.595V ）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Uo0.012V 。相信相信的力量精品值得阅读Uo0.0120.00260.005Uo4.595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：纹波：相信相信的力量精品值得阅读输出的电

5、感电流最大值为0.96A ，最小值为 0A ，所以得到 i L 0.96 A 。理论计算如下所示：iL U 0 (1DC )TS54 (1 0.25)10.9375 AL41010000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 ）相信相信的力量精品值得阅读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Uo0.0115V 。Uo0.0115Uo9.5510.00120.005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。(4) 将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型：

6、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：相信相信的力量精品值得阅读电流断续波形：电流连续波形：电压波形：（稳态电压值 =6.264V ）相信相信的力量精品值得阅读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Uo0.057V 。Uo0.057Uo6.2640.00910.005纹波增大。大于设计要求。D2 计算：V outD 1V outD 1电流连续：V in电流断续：V i

7、nD1 D2所以：Vin -Vout20 - 6.2644.595，电感变为原来一半。占D2D*0.504Vout16.26420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 ）相信相信的力量精品值得阅读直流纹波电压波形：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Uo 0.026V 。Uo0.0260.005Uo0.00564.605不符合设计要求。相信相信的力量精品值得阅读2

8、) 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 ，最小值为 0A ，所以得到 i L 0.86 A 。理论计算如下所示：iL U 0 (1DC )TS54 (1 0.25)10.8333 AL0.91050000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 ）相信相信的力量精品值得阅读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Uo0.0176V 。Uo0.0176Uo9.5510.00180.005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。分析：可以看出 10KHZ 和 50KHZ 相比较，在 25%占空比下， 5