Buck电路设计与MATLAB仿真

1、buck电路设计与仿真姓 名： 朱龙胜 班 级： 电气1102 学 号： 11291065 日 期： 2014年5月10日 指导老师： 郭希铮 北 京 交 通 大 学计算机仿真技术作业四题目：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。 2、buck电路理论计算: 由以下公式计算: 得到下列计算结果fs(khz)l(mh)c(f)100.375500500.0751003、buck电路仿真:利用s

2、impowersystems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pulse generator模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。(1)使用理论计算的占空比(d=0.25)，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。4、仿真过程:a建立模型:建立仿真模型如下如所示:b. 记录数据:仿真算法选择ode23tb,最大步长为0.1s，占空比d=0.25进行仿真，记录数据如下表所示：开关频率fs(khz)电感l(mh)电容c(f)输出电压稳态值vo(v)输出电压纹

3、波值vo(v)电感电流波动值io(a)100.3755004.7360.026710.454174.3390.02750.8750.18755006.4350.05101.8500.0751004.7450.01971.0140.0983.34.3960.02240.875与理论值对比开关频率fs(khz)电感l(mh)电容c(f)输出电压稳态值vo(v)输出电压纹波值vo(v)电感电流波动值io(a)100.37550050.02510.4541750.0250.8330.187550050.0252500.07510050.02510.0983.350.0250.833c仿真过程:当fs=

4、10khz,l=0.375mh c=500f, 占空比d=0.25,电流连续的临界状态时，记录稳态直流电压值vo=4.736v，稳态直流电压理论值5v计算稳态直流纹波电压的理论值,通过图中得到直流纹波电压为0.0267v当fs=10khz,l=0.375mh, c=500f,占空比d=0.25,电流连续的临界状态时,由，得电感电流波动理论值是1a ，由图像得到电感电流波动值是1a，与理论计算相符合figure-1 fs=10khz,l=0.375mh, c=500f,占空比d=0.25,电流连续的临界状态取1.2倍临界电感值时，输出电压稳态值是4.399v，理论值是5v，纹波电压理论值0.02

5、5v记录波形测得纹波电压为0.0275v电感电流波动理论值为0.833a，由图像得到电感电流波动值是0.875a取1.2倍电感值时figure-2取1.2倍电感值时fs=50khz,l=0.075mh, c=100f, 占空比d=0.25,电流连续的临界状态时，记录稳态直流电压值vo=4.745v，理论值是5v，稳态直流纹波电压理论值0.025v,由输出电压波形得到实际值为0.0197v电感电流波动理论值为1a，测量值为1.014afigure-3 fs=50khz,l=0.075mh, c=100f, 占空比d=0.25,电流连续的临界状态取1.2倍临界电感时，输出电压平均值为4.396v，

6、理论值是5v，纹波电压理论值为0.025v，实际为0.0224v电感电流波动理论值为0.833a，实际值为0.875afigure-4 取1.2倍电感时(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比记录数据如下表开关频率fs(khz)电感l(mh)电容c(f)电感电流波动值io(a)电感电流波动实际值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,电流连续的临界状态figure-6

7、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,电流连续的临界状态figure-8 fs=50khz,l=0.09mh, c=83.3f, 占空比d=0.25(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。fs=10khz,l=3.75e-4,c=500f,临界连续占空比d(%)12.525507590vo(v)2.234.7369.57214.7117.94figure-9 输出电压与占空比关系曲线(4)将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型(只仿真开关频率10k时的情况，使用理论计

8、算的占空比)：记录电感电流波形，电感电流波动值为1.8a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6.67v对比，实际值6.435v并与同一占空比下电流连续时的直流电压值4.736v进行比较；计算稳态直流纹波电压，由图中得到纹波电压为0.0510v并与理论公式比较（需根据电流波形计算d2的大小）。理论值计算： 则 ： 实际仿真值：6.435v v可见理论公式算出来的值比实际仿真出来的值要大一些，是由于反并联二极管作用导致。但是，在同一占空比情况下，电流不连续情况下比连续情况的输出电压大，比较稳态直流纹波电压：由图像得到输出电压的纹波为0.0510v在同一占空比的情况下，电流不连续情况下的纹波电压比连续情况明显增大。figure-10 fs=10khz,l=0.1875mh, c=500f,占空比d=0.254、实验