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时间:2018-08-07
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1、XXXXXX大学计算机仿真作业四实验报告书XXXXX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。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这个值是电感电流连续与否的临界值,L>则电感电流连续,实际电感值可选为1.2倍的临界电感,可选择为;D.根据纹波的要求和如下公式计
2、算电容值=(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1.2倍的临界电感,可选择为;D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值=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)
3、,用PulseGenerator模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。(一)开关频率为10Hz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。由第一步理论计算得占空比Dc=25%;实验仿真模型如下所示(稳态直流电压值为4.299V):6XXXXXX大学计算机仿真作业四实验报告书XXXXX直流电压整体波形如下所示:细微波形如下所示:计算稳态直流纹波电压:利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”,并将命名为buck的数据组打开,并在“VariableEditor–buck.si
4、gnals(1,4).values”下,观察直流电压瞬时值:通过这些数值可以看出,输出的稳态直流电压最大值为4.308628V,最小值为4.286866V,所以得到。仿真结果与理论值基本相同。(2)画出电感电流波形,计算电流波动值并与理论公式对比。电感电流波形如下所示:计算电流波动值:6XXXXXX大学计算机仿真作业四实验报告书XXXXX利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”,并将命名为buck的数据组打开,并在“VariableEditor–buck.signals(1,3).values”下,观察电感电流瞬时值:通过这些数值可以看出,输出的电感电流最大值为
5、0.8390A,最小值为0.0076A,所以得到。理论计算如下所示: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。A.占空比Dc=20%时,直流电压的波形值如下所示,大小为3.418V;B.占空比Dc=50%时,直流电压的波形值如下所示,大小为9.589V;C.占空比Dc=70%时,直流电压的波形值如下所示,大小为13.95V;分析:;;.随着占空比的增加,由公式,可知输出电压值逐渐增加。(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,使用理论计算的占空比):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
6、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)。电感电流波形如下所示(电流出现断续):6XXXXXX大学计算机仿真作业四实验报告书XXXXX从上图中可以读到,,,,得到,;直流电压波形如下所示(稳态直流电压值为6.462V):从上图中可以读到,;在同一占空比下连续电流时,直流电压值为4.298V;由连续电流和断续电流下的电压值相比较,可以看到连续电流下的直流电压值较小,断续时的直流电压值较大。理论公式如下:其中,,;可见实验测量值与理论计算值基本相近。理论计算稳态直流纹波电压:可见与仿真中得到的0.065V相近
7、。(二)开关频率为50Hz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。由第一步理论计算得占空比Dc=25%;实验记录稳态直流电压值为4.396V;直流电压波形如下所示:6XXXXXX大学计算机仿真作业四实验报告书XXXXX计算稳态直流纹波电压:利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”,并将命名为buc
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