saber仿真作业-buck变换器的设计与仿真

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1、Saber仿真作业Buck变换器的设计与仿真-20-目录1Buck变换器技术-2-1.1Buck变换器基本工作原理-2-1.2Buck变换器工作模态分析-2-1.3Buck变化器外特性-4-2Buck变换器参数设计-5-2.1Buck变换器性能指标-5-2.2Buck变换器主电路设计-5-2.2.1占空比D-5-2.2.2滤波电感Lf-5-2.2.3滤波电容Cf-7-2.2.4开关管Q的选取-7-2.2.5续流二极管D的选取-8-3Buck变换器开环仿真-8-3.1Buck变换器仿真参数及指标-8-3.2Buck变换器开环仿真结果

2、及分析-8-4Buck变换器闭环控制的参数设计-9-4.1闭环控制原理-9-4.2Buck变换器的闭环电路参数设计-10-4.2.1Gvd(s)的传递函数分析-10-4.2.2补偿环节Gc(s)的设计-13-4.2.3补偿环节参数设计-15-5Buck变换器闭环仿真-19-5.1Buck变换器闭环仿真参数及指标-19-5.2Buck变换器闭环仿真电路原理图-20-5.3Buck变换器的闭环仿真结果与分析-20-6总结-22--20-1Buck变换器技术1.1Buck变换器基本工作原理Buck电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构

3、成的，其电路如图1.1。驱动信号ub周期地控制功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压uo等于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。电路的主要工作波形如图1.2。图1.1Buck变换器电路图1.2Buck变换器的主要工作波形1.2Buck变换器工作模态分析在分析Buck变换器之前，做出以下假设：①开关管Q、二极管D均为理想器件；②电感、电容均为理想元件；③电感电流连续；④当电路进入稳态工作时，可以认为输出电压为常数。在一个开关周期中，变换器有2种开关模态，其等效电路如图1.3所示

4、，各开关模态的工作情况描述如下：（1）开关模态0[t0~t1][t0~t1]对应图1.3（a)。在t0时刻，开关管Q恰好开通，二极管D截止。此时：（式1-1）电感中的电流线性上升，式1-1可写成：-20-（式1-2）（1）开关模态1[t1~t2][t1~t2]对应图1.3（b)。在t1时刻，开关管Q恰好关断，二极管D导通。此时：（式1-3）电感中的电流线性下降，式1-3可写成：（式1-4）式中Toff为开关管Q的关断时间。在稳态时，，联解式1-2与式1-4可得：（式1-5）输出电流平均值：（式1-6）图1.3(a)[t0~t1]图

5、1.3(b)[t1~t2]图1.3(a)[t1~t2]的主要工作波形图1.3(b)[t1~t2]的主要工作波形1.3Buck变化器外特性-20-在恒定占空比下，变化器的输出电压与输出电流的关系Uo=f(io)称为变换器的外特性。式1-5表示了电感电流连续时变换器的外特性，输出电压与负载电流无关。当负载电流减小时，可能出现电感电流断续现象。图1.4为电感电流断续时电流波形图。由式1-2与式1-4可知，当输入电压和输出电压一定时，为常数。由式1-6可见，当负载电流减少到时，，此时最小负载电流，即为电感临界连续电流：（式1-7）由式1-

6、2及式1-5得，带入式1-7得：（式1-8）由上式可见，临界连续电流与占空度的关系为二次函数，当D=1/2时，临界连续电流达到最大值：（式1-9）当电感电流断续时，即在Toff结束前续流二极管的电流已下降到0，此时输出的平均电流为：（式1-10）式中，为开关管关断后电感电流持续的时间，并且：（式1-11）稳态时，，由式1-11得：（式1-12）将式1-11及式1-12带入式1-10得：（式1-13）即：（式1-14）-20-图1.4电感电流断续时电流波形可见在电流断续区，输出电压与输入电压之比不仅与占空比有关，而且与负载电流有关。

7、2Buck变换器参数设计2.1Buck变换器性能指标l输入电压：Vin=13~22VDC（额定输入电压为17.3V）；l输出性能：Vout=12VDC；Vout(p-p)<25mv；当Iout=0.1A时，电感电流临界连续。l开关频率：fs=20KHz。2.2Buck变换器主电路设计2.2.1占空比D根据Buck变换器的性能指标要求及Buck变换器输入输出电压之间的关系求出占空比的变化范围：（式2-1）2.2.2滤波电感Lf（1）滤波电感量Lf计算变换器轻载时，如果工作在电流连续区，那么为了保持一定的输出电压，占空比大为减小，也就

8、是说开关管导通时间很短。如果这个时间小于开关管的存储时间与最小控制时间之和，变换器的输出将出现失控或输出纹波加大，因此希望变换器工作在电感电流连续状态。所以，以最小输出电流Iomin作为电感临界连续电流来设计电感，即。在Q关断时，由式1-4得：（式