Buck变换器建模和仿真

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1、Buck变换器的建模与仿真(一)Buck变换器的性能指标带有反馈控制回路Buck变换器的电路图如图（1-1）所示，我们假定其工作在CCM方式。其基本电路参数为：输入电压=V输出电压=12V输出纹波125（1%）电压跌落250（最大，）开关频率=100kHz最大输出电流4A输入电流最大纹波0.4A(峰峰值)图（1-1）带有反馈控制回路的直流斩波电路（二）Buck变换器参数的选择1.滤波电感的选择由得这里我们取为最大负载时的峰值电流为1.滤波电容的选择由得其向量形式为所以需要穿越频率的带宽为如果假定穿越频率为10kHz原则上为了留有设计裕量，电阻

2、的阻抗按计算阻抗选取根据上面计算结果，我们可以在Rubycon公司的ZL系列，16V中选取以下规格：C=330@@@电容ESR的阻抗应小于输出电容在穿越频率处的阻抗设计余量不足，我们重新选ZL系列中C=1000，同样的过程，我们可以得出满足条件。这里我们取为1.IGBT和Diode的选择流过IGBT的最大半波平均电流为：4.1AIGBT的通态平均电流为：34.1=12.3A承受的峰值电压为：330=90VDiode承受的通态平均电流和峰值电压与IGBT相同（三）补偿器的设计对于DC/DC变换器系统，其回路增益函数为其中就是我们要设计的补偿网络

3、=这里我们设计为2.5V，为0.5，并带入数据可得我们可以画出没加补偿网络的幅频图如下所示：图（3-1）没加补偿网络的Bode图我们可以得出其相角裕量为，可见原始回路增益函数频率特性的相位裕量太小。虽然系统是稳定的，但存在较大的输出超越量和较长的调节时间。通常选择相位裕量在左右，增益裕量在10dB左右。因此需要加入补偿网络，提高相位裕量和增益裕量。的直流增益；幅频特性的转折频率=375Hz。设加入补偿网络后，回路函数的增益交越频率等于的开关频率，于是增益交越频率=如果加入补偿网络后回路增益函数以斜率处通过线，则变换系统将有较好的相位裕量。为了

4、得到的斜率，补偿网络在穿越频率点必须提供的斜率。补偿网络两个零点频率设计为原始回路函数两个相近的极点频率的，即由于没有零点，则可以将的两个极点设定为，以减少输出高频开关纹波。原始回路函数在的增益为=0.0017补偿网络在增益交越频率的增益为=588这样，补偿后回路函数在为0dB。求在零点与之增益为极点的增益为最后可求出补偿网络的电阻值与电容值。首先，假设，可以求出其它元件的参数补偿网络的幅频特性和原始回路函数的幅频特性相加，得到补偿后回路函数幅频特性如图所示图（3-2）加了补偿网络的Bode图此时的相位裕量为，基本达到要求（四）用Matlab

5、对电路进行仿真用Matlab搭建的框图如下：图（4-1）带反馈的Buck电路Matlab框图在0.01s时，输入电压由20V增加为30V，我们得到的波形如下：图（4-2）输出电压和电流的波形图（在0.01s时，输入电压由20V跃变为30V）我们可以看到稳态时，输出电流为4A，输出电压为12V，达到了设计的要求。我们把稳态时的输出电流的波形进行放大，可以得到如下图：图（4-3）稳态时输出电流波形（输入电压为30V）我们可以得到输出电流的峰峰值为0.4A,与设计前的指标温和我们把输出电流在输入电压突然由20V上升为30V时刻的波形进行放大，如图所

6、示：图（4-4）输入电压由20V变为30V时对输出电流的影响我们可以看到电流跃变0.5A左右，符合设计要求我们把输出电压的波形进行放大，如图所示：图（4-5）输出电压的波形（输入电压为30V）我们可以看出输出电压的脉动非常小，满足要求我们把输出电压在输入电压突然由20V上升为30V时刻的波形进行放大，如图所示：图（4-6）当输入电压由20V突变为30V时，输出电压的波形我们可以看到输出电压由于受输入电压突变的影响，增大了0.07V左右，经过0.005s的调整时间重新变为12V，满足要求。