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时间:2020-05-16
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1、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1.1~1.2倍的临界电感,可选择为;D.根据纹波的要求和如下公式
2、计算电容值=(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2
3、0V的直流电压源,开关管选MOSFET模块(参数默认),用PulseGenerator模块产生脉冲驱动开关管。建模:分别做两种开关频率下的仿真。Ø工作频率为10kHz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=4.595V)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。符合设计要求。(1)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:输出的电感电流最
4、大值为0.96A,最小值为0A,所以得到。理论计算如下所示:仿真结果与理论值基本相同。(1)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)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。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。(1)将电感改为临界电感值的一半,运行仿真模型: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
5、根据电流波形计算D2的大小)。电感电流波形:电流断续波形:电流连续波形:电压波形:(稳态电压值=6.264V)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。纹波增大。大于设计要求。D2计算:电流连续:电流断续:所以:,电感变为原来一半。占空比变为原来的两倍。Ø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)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4.617
6、V,最小值为4.591V,所以得到。不符合设计要求。1)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。理论计算如下所示:仿真结果与理论值基本相同。2)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)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。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,50KHZ纹波增大不能满足设计要求了。在
7、50%占空比的条件下,直流侧稳态电压几乎不变。纹波也变得更加小,直流侧稳定前的波动也变得小。在50KHZ下,两种占空比下电压纹波都比较小。
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