计算机仿真技术作业四 Buck电路的设计与仿真

《计算机仿真技术作业四 Buck电路的设计与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、计算机仿真作业Buck电路的设计与仿真——计算机仿真技术作业四姓名：班级：学号：一、Buck电路设计【实验要求】设计一个降压变换器，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10Ω，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、符号定义：为了计算和分析的方便，下面定义主要的电路参量的符号并赋值。输入电压为，输出电压为。理论计算的占空比为，纹波电压百分数为。开关频率为或。电感：，电容：，电阻：。输出电流为。2、：假设当负载电流为时，电感电流出现连续与不连续的临界状态。此时，电感电流的平均值为。那么，由电感的

2、充电过程可得。其中，为开关管在每个周期中导通的时间，为电感电流的波动。故而，。将电容视为一个理想的器件（即不考虑其寄生电阻），则由其充放电过程[1]可知。8计算机仿真作业若考虑ESR，则。本仿真实验选择第一个参数，即。3、：同理，可得，（理想电容），（实际电容）。4、比较：通过比较，可知：开关频率越大，所设计的电感值便越小，电容值越小（若对于实际电容，则电容值不变）。对于上述结论，可以这样定性地认识：开关频率越大，电路对电感的充放电速度越快，电感电流的波动越小，所以在保持电感电流连续的前提下，所设计电感值可以相对较小。同样地，由于开关频率越大、电感电流的波动越小，用于滤波的电容的值可以相对较小

3、。二、Buck电路仿真【实验要求】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。(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。(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。(4)将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型(只仿真开关频率10kHz时的情况，使用理论计算的占空比)：记录电感电流波形，观

4、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（需根据电流波形计算D2的大小）。1、仿真模型：利用Simulink搭建出来的模型如下图所示：8计算机仿真作业图1图中，，，。另外，仿真算法选择ode15s，仿真相对误差为，仿真时间为0.05s。占空比D=0.25一、工作频率分别为10kHz，(1)直流电压Vo=5.003V8计算机仿真作业(1)电感电流波形当f=10KHZ时理论分析：占空比D=0.25时，由电力电子所学知识可知，当开关闭合时，VL=Vi-Vo=15V,此时由VL=Ld

5、idt,可以知在这段时间内，电感电流线性增加。当开关断开时，VL=-Vo=-5V,则这段时间内电感电流线性减小，同时经过一个周期，有iL(t)=iL(t+T)。同时易知∆iL=tonL(Vi-Vo)=0.25*0.00012*4.5*10-4*15=0.833A当f=10KHz时由上图中标记得到了iLmax=0.9048A,iLmin=0.036A,∆iL=iLmax-iLmin=0.869A,实际值与理论值0.833A相比相差很小。(2)修改占空比，观察直流电压值的变化D0.100.200.250.300.400.700.800.90Vo2.1844.1125.0036.0047.99813

6、.9415.8817.84上表表明，随着占空比的增大，输出直流电压的稳态值越来越大，且基本满足Vo=D*Vi的条件，并且随着D增大，纹波电压百分比变小。(3)电感L=1.875x10-4H8计算机仿真作业电感电流波形稳态直流电压值Vo=6.649V8计算机仿真作业a.理论值Vo计算：由上图的标记的点知∆t1=0.07008-0.07003=0.00005，所以∆1=0.5，又VoVd=DD+∆1=0.250.25+0.5=1/3,因此所得Vo=6.7Vb.iLpeak,io理论值计算：iLpeak=VoL∆1Ts=1.787A,io=iLpeak*D+∆12=0.67Ac.∆Vo理论值计算：∆

7、t1=iLpeak-ioiLpeak∆tr=1.787-0.671.787*0.07003-0.07=1.875*10-5s∆t2=iLpeak-ioiLpeak∆tr=1.787-0.671.787*0.07008-0.07=3.125*10-5s则有∆Vo=1C.12.(iLpeak-io).(∆t1+∆t2)=0.06697V一、工作频率分别为50kHz，(1)直流电压Vo=5.137V8计