交大电力电子仿真报告1(BUCK电路仿真)

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1、Buck电路的设计与仿真一、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％，(0.025V)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。1)设计参数①主开关管可使用MOSFET，开关频率为10kHz；②输入20V，输出5V，可确定占空比DC=25%v③根据临界状态的电感公式选择电感10kHz开关频率下：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

2、临界电感，可选择为4.5×10-4H；50kHz开关频率下：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9×10-5H；④根据纹波的要求和公式计算电容值：10kHz50kHz二、Buck电路仿真：18/18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)，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。搭建电路图如下所示：仿真器

3、的设置如下图所示，仿真算法采用ode23tb，将max-step设置为1e-5，（如果设为1e-6则仿真进程过慢），电感电流处于断续态时将仿真算法改为ode23t，否则仿真出电感电压波形不正确。开关频率为10KHz时（MOSFET触发周期改为1e-4，即代表10KHz）：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。输入电压20V，输出电压5V，可确定占空比D=25%。当二极管导通压降为0.8V时，可以看见平均直流电压为4.393V当二极

4、管导通压降改为0V，则输出电压为4.986V.18/18由上到下的波形依次为MOSFET门极触发脉冲Ug、MOSFET电流、二极管电流、电感电压Ul、输出电压Uo、电感电流。占空比DC=25%根据临界状态的电感公式选择电感电容值18/18直流电压波形如下将稳态后部分直流电压波形的局部放大使用workspace做出的输出电压波形图。输出的稳态直流电压最大值为4.404V，最小值为4.375V，所以得到稳态纹波电压∆U=0.029，稳态直流电压值为4.393V∆U%=Umax-UminU×100%=4.404-4

5、.3754.393×100%=0.66%理论上∆U=0.5％仿真结果比理论值略大。设计指标比较合适。18/182、画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。在“VariableEditor–buck.signals(1,6).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0.872064663574415A，约为0.872A，最小值为0.00637313246160957A，约为0.00637A,所以得到∆iL=0.86563A。理论计算如下所示：仿真结果比理论值略

6、大。3、修改占空比，观察直流电压值的变化。A、占空比DC=25%18/18稳态后部分直流电压波形的局部放大输出的稳态直流电压最大值为4.404V，最小值为4.375V，所以得到∆U=0.029∆U%=Umax-UminU×100%=4.404-4.3754.393×100%=0.66%B、占空比DC=50%根据临界状态的电感公式选择电感10kHz开关频率下：LC=(1-DC)R2TS=(1-0.5)×102×110000=2.5×10-4HC=UO(1-DC)8L∆UOTS2=5×(1-0.5)8×2.5×1

7、.2×10-4×0.005×5×1100002=4.167×10-4F18/18稳态后部分直流电压波形的局部放大稳态直流电压最大值为9.85V，最小值为9.79V，直流电压平均值为9.82V,所以得到∆U=0.06V∆U%=Umax-UminU×100%=9.85-9.799.82×100%=0.61%C、占空比DC=75%根据临界状态的电感公式选择电感10kHz开关频率下：LC=(1-DC)R2TS=(1-0.75)×102×110000=1.25×10-4HC=UO(1-DC)8L∆UOTS2=5×(1-

8、0.75)8×1.25×1.2×10-4×0.005×5×1100002=4.1667×10-4F18/18稳态后部分直流电压波形的局部放大稳态直流电压最大值为15.15V，最小值为15.05V，直流电压平均值为15.09V,所以得到∆U=0.1V∆U%=Umax-UminU×100%=15.15-15.0515.09×100%=0.663%由上可知，随着占空比的增加，可知输出电压值逐渐增加。开关频