BUCK电路的Saber仿真

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1、功率变换器计算机仿真与设计题目BUCK变换器电路设计学生姓名学号学院专业电气工程及自动化班级指导教师2013年10月20日南京航空航天大学一、设计要求1.1设计指标：设计一个BUCK直流变换器，主电路拓扑如图1.1（参数需重新设置），使得其满足以下性能要求：高压侧蓄电池输入电压Vin：30-60V(额定电压48V)低压侧直流母线输出电压Vout：24V输出电压纹波Vout（p-p）：25mV输出电流Iout：2A开关频率fs：200kHz电感电流临界连续时IG：0.1A图1.1-14-南京航空航天大学二、开

2、环参数计算及仿真2.1主电路参数计算：(1)高压侧输入电压Vin变化范围为30-60V，低压侧输出电压Vout为24V，则占空比：(2)由于输出电流Iout为2A，故负载电阻：(3)根据电感电流临界连续时IG：0.1A，可由下式计算得滤波电感感值：(4)根据输出电压纹波Vout（p-p）为25mV，可由下式计算得滤波电容容值：取，其中开关频率为200KHZ。在实际器件中，电容存在寄生电阻，因此实际器件仿真时，电容的选取如下：2.2开关管及二极管应力计算：（1）开关管的选取功率管承受的最大电压为60V，流过开

3、关管电流最大值为2A，开关管电压电流降额系数均为0.5，则开关管电压要大于或等于120V，电流最大值要大于4A。粗略以最大占空比计算电流的有效值为3.2A，则最大功率为384W，取400W。根据仿真,可选irf460作为开关管。（2）二极管的选取-14-南京航空航天大学二极管电压应力60V，二极管电流有效值为：。二极管耐压降额系数为0.6、电流降额系数为0.5，则二极管耐压要大于或等于100V，电流有效值要大于或等于3A。根据仿真，可选d1n3880作为二极管。2.3开环仿真结果：2.3.1理想元器件开环仿

4、真结果：（1）电路图：图2.1理想元器件开环主电路图（2）额定功率下仿真结果：图2.2输出电压波形上图为输入48VDC，额定功率下输出电流、电压波形。如图可知，输出电压平均值为23.75V，纹波为11.11mV；输出电流平均值为1.979A，纹波为0.167A。基本达到设计要求。-14-南京航空航天大学（3）电流临界连续情况：图2.3输出电压纹波与电感电流纹波波形上图为负载240Ω时滤波电感电流波形，可知电流变化为0.025A~0.188A，电流基本临界连续，符合设计要求。2.3.2实际元器件开环仿真结果：

5、（1）电路图如下：图2.4开环仿真电路图上图中，输入电压用额定48VDC，其他器件用所设计的参数，其中占空比为0.5。1、CCM仿真波形：输出电压波形和输出电感电流波形，如图2.5-14-南京航空航天大学图2.5输出电压波形和输出电感电流波形从图中可以看出，其输出是稳定的，但是开始时电压和电流的冲击很大，具体值见上图的测量。2、输出电压和输出电流纹波波形，如图2.6图2.6输出电压和输出电流纹波波形如上图，测量其输出电压的峰峰值为20.66mV，小于25mV，满足设计要求。其中输出电压的纹波为三角形，估计是

6、由于其寄生电阻造成的，使得其波形与电流波形的相位差很小。3、MOSFET电压电流应力波形，如图2.7-14-南京航空航天大学图2.7MOSFET电压电流应力波形4、二极管的电压电流应力波形，如图2.8图2.8二极管的电压电流应力波形下面是对这两个管子的应力分析结果：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7、-----------StressTable--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DeratedActualStressBar-chartInstanceSMNameValueValueAtRatio(%)0%100%irf460.irf460_1tjmax15022.6k18.9

8、m18100XXXXXXXXXXirf460.irf460_1vgsmax201019m50-----d1n3880.d1n3880_1-14-南京航空航天大学piv10047.418.1m47.4-----irf460.irf460_1tjavg15077.8---42.3----irf460.irf460_1idmax841518.9m17.8--d1n3880.d1n3880_1iavg6959m---16