资源描述：
《计算机仿真技术作业四Buck电路的设计与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、Buck电路的设计与仿真计算机仿真技术作业四姓名:班级:学号:一、Buck电路设计【实验耍求】设计一个降压变换器，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10Q,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。1、符号定义：为了计算和分析的方便，下面定义主耍的电路参量的符号并赋值。输入电压为V,=20V,输出电压为V0=5Vo理论计算的占空比为纹波电压TT分数为AV—=0.5%=0.005开关频率为fs=1OMz或fs=50kH
2、z。电感：「电容：C，电阻：R=10Q。输出电流为2、fs=QkHz:假设当负载电流为0」/“时，电感电流出现连续与不连续的临界状态。此时，电感电流的平均值为LB=0.1/,=0.05Ao那么，由电感的充电过程可得其中，%=DTs=D/fs为开关管在每个周期中导通的时间，Ml=21lb为电感电流的波动。故而,(20-5)x0,25"2ILBf5"2x0.05xl0xl03"o将电容视为一个理想的器件(即不考虑其寄牛电阻)，则rti其充放电过程⑴可知T2V1VC=——•(!-£>)=——-•—-(1-D)8L△
3、匕心△匕=—x型x(l-0.25)=50时8x3.75x10_3x(10x103)20.057若考虑ESR,则C=260“F。木仿真实验选择第一个参数，即C=5gF03、fs=50kHz:同理，可得L=Q.15mHC= ^F（理想电容），C=260//F（实际电容）。4、比较：通过比较，可知：开关频率越大，所设计的电感值便越小，电容值越小（若对于实际电容，则电容值不变）。对于上述结论，可以这样定性地认识：开关频率越人，电路对电感的充放电速度越快，电感电流的波动越小，所以在保持电感电流连续的前提下，所设计电感
4、值可以相对较小。同样地，由于开关频率越人、电感电流的波动越小，川于滤波的电容的值可以相对较小。二、Buck电路仿真【实验要求】利川simpowersystems屮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），川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。（1）使川理论计算的占空比，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。（2）画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论
5、公式对比。（3）修改占空比，观察直流电压值的变化。（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l（）kHz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，并与理论公式比鮫（需根据电流波形计算Do的大小）o1、仿真模型：利川Simulink搭建出来的模型如下图所示:PutotO«n・・tarDC20VMofct上T-厂E图中，L=3.75加H，C=
6、50//F,/?=10Q。另外，仿真算法选择ode15s,仿真相对误差为10"，仿真时间为0.05s。占空比D=0.25一、工作频率分别为10kHz,(1)直流电压Vo=5.003V103R°00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05(2)电感电流波形一42k『叫I唧川II川『III『"III"II即
7、*iNi
8、iir111ill"innipriii,,
9、iri,iii
10、,,niiir,Hiiiil,,mi,i,,i
11、lI,,iiir,liiin严卩Itl.Il
12、lJIIJLIJIJ仁uLMJILiILM制MUILMhlUIWUlUUJIULIIILiilLl0-10.80.60.40.20•0.200050010.0150.0200250030.0350.0400450.05—4——J0.04910.04920.0493004940.04950.04960.04970.04980.04990.05当f=l()KHZ时理论分析：占空比D=0.25时，由电力电子所学知识可知，当开关闭合时，VL=Vt-V0=15V,此时由Vl=L^,可以知在这段时间内，电感电流线性增加。当
13、开关断开时，VL=-Vo=-5V,则这段时间内电感电流线性减小，同时经过一个周期，有iL(t)=iL(t+T)o同时易知小尸¥(«-V°)=；d；*15=O.833A当f=10KHz时rfl上图中标记得到了iLmax=0.9048A,iLmin=0.036A,AiL=iLmax一iLmin=0.869A,实际值与理论值O.833A相比相差很小。⑶修改占空比，观察直流电压值的变化D0.1
