Buck电路中的CCM和DCM

Buck 电路中的CCM和DCM

降压电路是一种基本的DC/DC变换器。随着IPM驱动和MCU供电、LED照明驱动、继电器和交流开关供电等小功率、直接从母线电压供电的应用场合越来越多，而目前的大部分DC/DC变换器输入电压一般在50V以，一种高压的降压型斩波变换器被研究和使用得越来越广泛。考虑到降压电路构成简单、成本较低，因此这种变换器具有良好的市场前景。本文对其原理和高压降压电路应用设计进行了详细地阐述。

降压电路拓扑分析

图1是降压拓扑的电路图。当t=0时驱动S导通，电源Uin向负载供电，电感电流iL线性上升。当t=ton时控制S关断，二极管VD续流，电感电流呈线性下降。

图1：降压拓扑电路图。

根据电感电流是否连续，可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和临界电流模式(BCM或CRM或TM)。通常串接较大电感L使负载电流连续且纹波小。但是小功率SMPS中为了减小噪声以及损耗，通常选定电感电流不连续模式(DCM)。CCM和DCM下的各参数波形如图2所示。

图2：CCM和DCM下主要参数波形。

1. BCM和CCM

设IL为iL的平均值，△iL是iL的纹波值。则在BCM和CCM模式下：

稳态时:

又

从(3)和(4)得：

从(1)、(2)和(5)得：在CCM下, (5)取>号

在BCM下, (5)取等号， ==> L=R*Ts*(1-D)/2

2. DCM

设图2中t1处iL=0，且a=(t1-ton)/Ts=t1/Ts-D。则稳态时 L上电压开关周期平均值为0:

C在开关周期电流平均值为0:

iL的平均值：IL=△iL*(D+a)/2<△iL/2

Load电流： Io=Uo/R

根据(7)、(8)和(4)得: 0.5*[(Uin-Uo)/L]*D*Ts*[Uin*D/Uo]=Uo/R

且: K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x), x=Ts*R/L, y=Uo/Uin。

图3：各模式下Uo/Uin的比值变化图。

降压仿真

使用SACT软件对降压电路进行仿真。若输出电压Uo=15V、输入电压Uin=220V，则选取驱动脉冲P1占空比D=Uo/Uin=15/310=0.04839。选取R=75Ω，则输出电流Iout=15/75=0.2A。取频率为f=100kHz，按照临界电感电流模式(CRM)来设计，L=R*T*(1-D)/2=75Ω*(1-0.04839)/(2*100kHz)=0.71mH。

相应的电路和波形如图4所示。波形从上而下分为：Vdc1，Vds(SW)，VR1、IL1和ID1。

图4：降压拓扑电路仿真图。

实现降压电路的控制器A635x

1. A635x方框图

STR-A635x系列是置功率MOSFET和控制器的Flyback型开关电源用厚膜集成电路。A635x为PRC工作方式，采用DIP-8封装，最适于小功率电源。由于所需外接器件很少，电路设计简?g，因此容易实现电源的小型化和标准化。注：PRC为Pulse Ratio Control(关断时间一定的导通脉冲宽度控制)的缩写。

图5：A635x的方框图。

A635x特点：

● 小型DIP-8绝缘封装，适合于低背、小容量开关电源。

● 使用On Chip Trimming技术，振荡器置于控制器MIC中。

● 控制器部的比较器使用了温度补偿，温度漂移小。

● 电源启动前控制器的工作电流小(50μAmax)。

● 置有源低通滤波器，使电源在轻负载时能稳定工作。

● 使用高耐?RMOSFET，保证MOSFET的雪崩能量：

● 由于保证MOSFET的雪崩能量，因此可以简化浪涌吸收电路的设计

● 可免除Vdss的余量设计

● 置MOSFET的定电压驱动电路

● 丰富的保护功能

● 过电流保护(OCP)：逐个脉冲方式

● 过电压保护(OVP)：锁定方式

●过热保护(TSD)：锁定方式

A635x的方框图如图5所示。

2. PRC控制

定电压控制是以固定MOSFET的OFF时间(?P15μsec)、调节ON 时间的PRC工作方式进行。该工作方式为PRC方式。

图6:PRC定电压控制动作电路图。

输出电压的定电压控制是由光耦的反馈电流实现的。当VR5电压(ID的峰值)+VR4电压(FB电流)之和达到Comp.1 反转阈值时MOSFET关断。故A63系列为电流控制方式。

一般的，在电流控制方式下轻载时VR4的电压较大(由于光耦的反馈量较大)，MOSFET导通时的浪涌电流产生的噪声易使Comp.1误动作。A63系列为了防止这种现象，在MOSFET关断期间使用一个A-LPF降低OCP/FB端子与GND间的阻抗。这是一个0.8mA 的定电流电路，在MOSFET导通前，流入OCP/FB的定电流降低反馈电流产生的偏置电压，使电源能在轻载时稳定工作。

与ST的Viper12相比，两者的反馈方式和开关电流设置等特点如表1所示。

表1：ST与Viper12对比表。

应用实例

1.参数选择

电感Lp:在PWM动作模式下，电感选择可依据：

其中：Po为输出功率，Idp为开关电流峰值，fsw为开关频率。

在PRC动作模式下，并且处于电感电流临界模式时，

式中：R是负载电阻，T是开关周期。

[计算例] Uin.ac=90V时，Idp=0.236A，Po=1.5W，fsw=59.2kHz(根据5.3节动作波形)。于是，Lp≌(2Po)/(Idp2*fsw)=2*1.5W/[(0.236) 2*59.2kHz]=0.8?mH。

若要计算临界电感电流模式(BCM)下的电感值，可根据(2)式：

Lb=0.5*(Uo/Io)*Toff=0.5 *(15V/0.1A)*15μs=1.125mH。

由于现在采用的电感Lp=0.77mH

输入电容Cin:

上式中：I是放电电流，η是效率，△U为输入电压的纹波值，t是电容向负载释放电流的期间，T是整流周期，t由下式计算：

，其中Uinmin与Upeak分别为输入交流Uin的最小、最大值。

[计算实例] Uin.ac=90V是条件最苛刻的状态，按此电压计算，

Upeak=90*1.414=127.3V，Uinmin=90*1.414*0.9=114.6V，全波整流下T=10ms。所以，t=10ms*(0.75+arcsin(114.6/127.3)/2π)=10ms*(0.75+0.18)=9.3 [ms]。取效率η=0.6,

则：Cin=(1.5W*9.3ms)/(0.6*114.6*(127.3-114.6))=16.9 [μF]。

本实验中，输入电容的值取为22μF/400V。输出电容Cout:

式中：△Uo是输出纹波电压，D是占空比，L是输出电感值，Ts为开关周期。

[计算实例]

Ton=Lp*(Idp/Uin.min-Uo)=0.77mH*0.236A/(114.6-15)V=1.83[μs]，T

=Ton+Toff.max=1.83+18=19.83[μs] 。

T =19.83[μs]，D=Ton/T=9.23%，△Uo=15V*1%=0.15V，则：

Cout=(19.83μs)2*15V/(8*0.75V*0.77mH)*(1-9.83%)=5.76μF。

本实验中，输出电容的值取为10μF/35V取即可满足要求。

2.应用电路图

基于上述计算，主要参数选取为：电感为0.77mH，续流二极管为RL3A，输出电容400V/22μF，输出电容35V/10μF，OCP电阻Rocp=2.7Ω，启动电阻1MΩ。反馈电路的参数为14A的稳压二极管和1kΩ的电阻。A635x构成降压应用电路，详细请参考图7。

图7：A635x构成降压应用电路。

3.实验结果与讨论

1.效率：见表2。

表2：典型输入电压下电源效率。

2.输出静态性能：见表3。

表3：输出静态性能。

3. 动作波形

实验条件：Uin.ac=90V(除非特别指出)，Load=15V/0.1A 。波形如图8所示。

图8:动作波形实验结果分析图。

本文小结

STR-A635x构成的降压电路DC/DC变换器能正常工作，输出能满足规格要求。利用A635x中的MOSFET，构成降压电路拓扑结构，并用稳压二极管与电阻结合构成反馈电路，形式简单。A635x在电源正常时工作效率也较高，并且由于是PRC 模式，OFF时间一定，电感设计较为方便。

这种电路可用于IPM/MCU驱动和供电、LED显示、继电器和交流开关等的小功率供电的场合。因为这种电路构成成本较低，因此具有良好的市场前景。

multisim buck电路仿真

第一章概述 1、1 直流―直流变换的分类直流—直流变换器(DC-DC)就是一种将直流基础电源转变为其她电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为?48V,由于在通信系统中仍存在?24V(通信设备)及+12V、+5V(集成电路)的工作电源,因此,有必要将?48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源,以供实际使用。D C/DC变换就是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。主要有 (1)Buck电路——降压斩波,其输出平均电压小于输入电压,极性相同。 (2)Boost电路——升压斩波,其输出平均电压大于输入电压,极性相同。 (3)Buck－Boost电路——降压―升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电感传输。 (4)Cuk电路——降压或升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,电容传输。此外还有Sepic、Zeta电路。 1、2 直流—直流变换器的发展当今软开关技术的发展使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司(美国怀格公司,国际知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm3,效率为(80～90)%。日本NEMIC—LAMBDA(联美兰达,日本的开关电源厂商、2012年兰达被TDK收购,名称也改为TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为(200～300)kHz,功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。

Buck电路的设计与仿真

uck 电路的设计与仿真 1、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%，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。解：(1)工作频率为10kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为10kHz ; B 输入20V ，输出5V ，可确定占空比 Dc=25% ; C.根据如下公式选择电感这个值是电感电流连续与否的临界值，L>L c 则电感电流连续，实际电感值可选为1.1~1.2倍的临界电感，可选择为4 10?H ； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 C=^^T s2 J =4.17 10 牛 8L^U 。 8 沃 4.5 沃 10 X0.0055 1 0000 (2)工作频率为50kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为50kHz ; B 输入20V ，输出5V ，可确定占空比 Dc=25% ; C.根据如下公式选择电感 . (1—DJR T (1 —0.25)汇10,. 1 L c (1 _DJR T 2 s (1-0.25)1° 亠 2 10000 = 3.75 10* H 5 (1-0.25) 0.75 10, H 50000 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

L c T s 2

可选为1.2倍的临界电感，可选择为0.9 10" H ； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值分析：在其他条件不变的情况下，若开关频率提高 n 倍，则电感值减小为 1/n ，电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论 2、Buck 电路仿真: 利用sim power systems 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Pulse Gen erator 模块产生脉冲驱动开关管建模: 分别做两种开关频率下的仿真工作频率为10kHz 时 U o (1-D c ) 8L U o T s 2 5 (1-0.25) 1 8 0.9 10J 0.005 5 500002 = 0.833 10*F matlab20120510 ?

multisimbuck电路仿真设计

第一章概述 1.1 直流―直流变换的分类直流—直流变换器（DC-DC）是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为?48V，由于在通信系统中仍存在?24V（通信设备）及+12V、+5V（集成电路）的工作电源，因此，有必要将?48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源，以供实际使用。D C/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。主要有（1）Buck电路——降压斩波，其输出平均电压小于输入电压，极性相同。（2）Boost电路——升压斩波，其输出平均电压大于输入电压，极性相同。（3）Buck－Boost电路——降压―升压斩波，其输出平均电压大于或小于输入电压，极性相反,电感传输。（4）Cuk电路——降压或升压斩波，其输出平均电压大于或小于输入电压，极性相反，电容传输。此外还有Sepic、Zeta电路。 1.2 直流—直流变换器的发展当今软开关技术的发展使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司(美国怀格公司,国际知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）%。日本NEMIC—LAMBDA(联美兰达,日本的开关电源厂商.2012年兰达被TDK收购,名称也改为TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。

Buck电路设计与MATLAB仿真

Buck电路设计与仿真姓名：朱龙胜班级：电气1102 学号：11291065 日期：2014年5月10日指导老师：郭希铮北京交通大学

计算机仿真技术作业四题目：Buck 电路的设计与仿真 1、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％，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。 2、Buck 电路理论计算: 由以下公式计算: 20.252.0.5A (1) 3.5% 8() 4.2o d o o o s o s d o LB OB V D V V I R V T D V LC DT V V I I L = == =?-==-== 1.占空比: 负载电流: 纹波电压: 电流连续条件：得到下列计算结果 3、Buck 电路仿真: 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Pulse Generator 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(D=0.25)，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。 4、仿真过程:: A ．建立模型: 建立仿真模型如下如所示 :

B. 记录数据: 仿真算法选择ode23tb,最大步长为0.1s ，占空比D=0.25进行仿真，记录数据如下表所 C ．仿真过程: 当f s =10KHz,L=0.375mH C=500μF, 占空比D=0.25,电流连续的临界状态时，记录稳态直流电压值V o =4.736V ，稳态直流电压理论值5V 计算稳态直流纹波电压的理论值 2(1D)0.025V 8s o o T V V CL -?==,通过图中得到直流纹波电压为0.0267V 当fs=10KHz,L=0.375mH, C=500μF,占空比D=0.25,电流连续的临界状态时, 由(1)o S L V D T I L -?= ，得电感电流波动理论值是1A ，由图像得到电感电流波动值是 1A ，与理论计算相符合

BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真

BUCK 电路闭环PID 控制系统的MATLAB 仿真一、课题简介 BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo 总是小于输入电压U i 。通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值。简单的BUCK 电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID 控制器，实现闭环控制。可通过采样环节得到PWM 调制波，再与基准电压进行比较，通过PID 控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK 电路闭环PID 控制系统。二、BUCK 变换器主电路参数设计 2.1设计及内容及要求 1、输入直流电压(VIN)：15V 2、输出电压(VO)：5V 3、输出电流(IN)：10A 4、输出电压纹波峰-峰值 Vpp ≤50mV 5、锯齿波幅值Um=1.5V 6、开关频率(fs)：100kHz 7、采样网络传函H(s)=0.3 8、BUCK 主电路二极管的通态压降VD=0.5V ，电感中的电阻压降 VL=0.1V ，开关管导通压降 VON=0.5V,滤波电容C 与电解电容 RC 的乘积为 F *Ωμ75

2.2主电路设计根据以上的对课题的分析设计主电路如下：图2-1 主电路图 1、滤波电容的设计因为输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关， rr rr C L N 0.2V V R i I == ? （1）电解电容生产厂商很少给出ESR ，但C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF [3]。在本课题中取为75μΩ*F ，由式(1)可得R C =25mΩ，C =3000μF 。 2、滤波电感设计开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如式(2)、(3)所示： IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=?（2） O L D L OFF /V V V L i T ++=? （3） off 1/on s T T f += (4) 由上得： L in o L D on V V V V L T i ---=? (5) 假设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =0.5V 。利用ON OFF S 1T T f +=，可得T ON =3.73μS ，将此值回代式(5)，可得L =17.5μH

buck电路设计

Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计 1.占空比D计算 2.电感L计算 3.电容C计算 4.开关元件Q的选取二. Buck变换器开环分析三. Buck闭环控制设计 1.闭环控制原理 2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法 3.PSIM仿真 4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool 5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会 Buck变换器性能指标: 输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V

输出电压：直流电压24V ，5A 输出电压纹波：100mv 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=250kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB 一. Buck 主电路设计： 1.占空比D 计算根据Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D 的变化范围。 .50V 48V 24U U D .4530V 53V 24U U D 0.558 V 43V 24U U D innom o nom max in o min min in o max ========= 2.电感L 计算 uH 105f i 2)D U -(U i 2)T U -(U L s L min o inmax L on(min) o inmax =?=?= 3.电容C 计算 uF 25.1250000 *1.0*825 .0vf 8i C s L ==??= 电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V ，则电容耐压值应大于24.1V 。考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V 电容。 4.开关元件Q 的选取

BUCK电路的Saber仿真

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

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V in：30-60V(额定电压48V) 低压侧直流母线输出电压V out：24V 输出电压纹波V out（p-p）：25mV 输出电流I out：2A 开关频率f s：200kHz 电感电流临界连续时I G：0.1A 12 图1.1

二、开环参数计算及仿真 2.1 主电路参数计算： (1)高压侧输入电压V in 变化范围为30-60V ，低压侧输出电压V out 为24V ，则占空比： 8.030 24 min max === in out V V D 4.06024 max min === in out V V D 5.048 24 === innom out nom V V D (2)由于输出电流I out 为2A ，故负载电阻：12out out V R I = =Ω (3)根据电感电流临界连续时I G ：0.1A ，可由下式计算得滤波电感感值： H T I U L U T I L OFF o o CCM o μμ3605)4.01(2 .024 2max min )min(=?-?--==?=?? (4)根据输出电压纹波V out （p-p ）为25mV ，可由下式计算得滤波电容容值： uF f V I C I T C idt C V p p out ripple o p p out T 510 200102582 .082211133)(0) (2=????==?==---? 取F C f μ10=，其中开关频率f 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： Ω ====???=??=?-m 125ESR ,600C ,u 520C 25,10652.0min max pp 6 uF F mV V C ESR I V 取而 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

基于BUCK电路的电源设计

现代电源技术基于BUCK电路的电源设计

学院：专业：姓名：班级：学号：指导教师：日期：

目录摘要 (4) 一、设计意义及目的 (5) 二、Buck电路基本原理和设计指标 (5) 2.1 Buck电路基本原理 (5) 2.2 Buck电路设计指标 (7) 三、参数计算及交流小信号等效模型建立 (7) 3.1 电路参数计算 (7) 3.2 交流小信号等效模型建立 (11) 四、控制器设计 (12) 五、Matlab电路仿真 (18) 5.1 开环系统仿真 (18) 5.2 闭环系统仿真 (19) 六、设计总结 (22)

摘要 Buck电路是DC-DC电路中一种重要的基本电路，具有体积小、效率高的优点。本次设计采用Buck电路作为主电路进行开关电源设计，根据伏秒平衡、安秒平衡、小扰动近似等原理，通过交流小信号模型的建立和控制器的设计，成功地设计了Buck电路开关电源，通过MATLAB/Simulink进行仿真达到了预设的参数要求，并有效地缩短了调节时间和纹波。通过此次设计，对所学课程的有效复习与巩固，并初步掌握了开关电源的设计方法，为以后的学习奠定基础。关键词：开关电源设计 Buck电路

一、设计意义及目的通常所用电力分为直流和交流两种，从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，因此需要进行电力变换。常用的电力变换分为四大类，即：交流变直流（AC-DC），直流变交流（DC-AC），直流变直流（DC-DC）,交流变交流（AC-AC）。其中DC-DC电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包过直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路又称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，主要包括六种基本斩波电路：Buck电路，Boost电路，Buck-Boost电路，Cuk电路，Sepic电路，Zeta 电路。其中最基本的一种电路就是Buck电路。因此，本文选用Buck电路作为主电路进行电源设计，以达到熟悉开关电源基本原理，熟悉伏秒平衡、安秒平衡、小扰动近似等原理，熟练的运用开关电源直流变压器等效模型，熟悉开关电源的交流小信号模型及控制器设计原理的目的。这些知识均是《线代电源设计》课程中所学核心知识点，通过本次设计，将有效巩固课堂所学知识，并加深理解。二、Buck电路基本原理和设计指标 2.1 Buck电路基本原理 Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，主要用于电力电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。其基本结构如图1所示：

题目-Buck电路的设计与仿真

=?-= 2008)1(s c T U L D U C 2 450000 15005.0109.08)25.01(5?????-?-=F 4 10833.0-? 分析：在其他条件不变的情况下，若开关频率提高n 倍，则电感值减小为1/n ，电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论。 2、Buck 电路仿真：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Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。（一）开关频率为10Hz 时； (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。由第一步理论计算得占空比Dc=25%；实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为4.299V ）：直流电压整体波形如下所示：

Buck电路闭环控制器设计仿真设计

Buck 电路闭环控制器设计 15121501 曾洋斌作业要求： 1、建立Buck 电路的状态平均模型，设计系统闭环控制器； 2、分析稳态误差产生原因，并提出改进措施，并进行仿真； 3、完成作业报告。 4、Buck 电路参数：输入电压为20V ，输出电压5V ，负载电阻4欧姆，电感1×10-3H ，电容5×10-4F ，开关频率20kHz 。一、Buck 电路的状态平均模型根据题目所给参数，容易计算得其占空比为25%，Buck 电路如图1所示： S V o V 图1：Buck 电路根据状态空间平均法建模步骤如下： 1、列写状态方程、求平均变量设状态方程各项如下： [()()]T L o i t v t =x ()s u v t = ()VD y i t = 则有状态方程如下： x =Ax +Bu T y =C x

（1）列写[0，1S d T ]时间的状态方程如图2所示，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态方程的系数矩阵如下所示： 11011L C RC ?? - ? = ? ?- ???A ，11[0]T L =B ，1[00]T =C S V o V 图2：开关VT 导通状态（2）列写[1S d T ，S T ]时间的状态方程如图3所示，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态方程的系数矩阵如下所示： 21011L C RC ??- ? = ? ?- ???A ，2[00]T =B ，2[10]T =C S V o V 图3：开关VT 关断状态因此，在[0，1S d T ]和[1S d T ，S T ]两个时间段分别有如下两种状态方程：

BUCK电路PID控制器设计仿真

BUCK 电路PID 控制器设计及仿真本文在BUCK 电路传递函数的基础上对BUCK 电路的开环特性进行了分析，并利用MATLAB 的SISOTOOL 工具箱设计了PID 控制器，然后用以运放为核心搭建了PID 控制器硬件电路，最后在PSIM 上对BUCK 电路进行闭环仿真。 1. 设计指标输入直流电压(Vin)：28V 输出电压(Vo)：15V 基准电压(Vref)：5V 开关频率(fs)：100kHz 三角载波峰峰值：Vm=4V 图1为Buck 变换器主电路，元件参数如图所示： 500uF 50uH 3 28v 图1 buck 变换器主电路 2. PID 控制器设计 2 .1原始系统分析 BUCK 变换器构成的负反馈控制系统如图3.1所示： + - ) (s G c ) (s G m ) (s G vd ) (s H )(s V ref )(s B ) (s E ) (s V c ) (s d ) (s V o 反馈信号参考信号误差信号图2 BUCK 变换器闭环系统其中为占空比至输出电压的传递函数，为PWM 脉宽调制器的传递函数，表示反馈分压网络的传递函数，是误差信号至控制量

的传递函数，为补偿网络的传递函数。本系统中，PWM 调制器的传递函数为： ?1 ?4 m c m d(s) 1G (s)== =v (s)V （1 ）式中，为PWM 调制器中锯齿波的幅值。反馈分压网络的传递函数为：占空比至输出电压的传递函数为：其中，，，，。将参数代入式（3）可得，对于BUCK 变换器系统，其回路增益函数为式中，为未加补偿网络时的回路增益函数，称为原始回路增益函数，将式子（1）、（2）、（4）可得本系统中原始回路增益函数根据式（7）可做出系统原始回路增益函数波特图如图3所示：

Buck电路设计与MATLAB仿真

B u c k电路设计与 M A T L A B仿真 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

Buck电路设计与仿真姓名：朱龙胜班级：电气1102 学号：日期： 2014年5月10日指导老师：郭希铮北京交通大学计算机仿真技术作业四题目：Buck电路的设计与仿真

1、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％，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。 2、Buck 电路理论计算: 由以下公式计算: 20.252.0.5A (1) 3.5% 8() 4.2o d o o o s o s d o LB OB V D V V I R V T D V LC DT V V I I L = == =?-==-==1.占空比: 负载电流: 纹波电压: 电流连续条件：得到下列计算结果 3、Buck 电路仿真: 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Pulse Generator 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(D=，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。 4、仿真过程:: A ．建立模型: 建立仿真模型如下如所示:

B. 记录数据: 仿真算法选择ode23tb,最大步长为，占空比D=进行仿真，记录数据如下表所示：与理论值对比

Buck电路设计与MATLAB仿真

Buck电路设计与仿真姓名: 朱龙胜班级: 电气1102 学号: 11291065 日期: 2014年5月10日指导老师: 郭希铮北京交通大学计算机仿真技术作业四题目:Buck电路的设计与仿真 1、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％,负载电阻10欧姆,求工作频率分别为10kHz与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。

2、Buck 电路理论计算: 由以下公式计算: 20.252.0.5A (1) 3.5% 8() 4.2o d o o o s o s d o LB OB V D V V I R V T D V LC DT V V I I L = == =?-==-== 1.占空比: 负载电流: 纹波电压: 电流连续条件：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Pulse Generator 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(D=0、25),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。 4、仿真过程:: A.建立模型: 建立仿真模型如下如所示 : 示与理论值对比

当f s =10KHz,L=0、375mH C=500μF, 占空比D=0、25,电流连续的临界状态时,记录稳态直流电压值V o =4、736V,稳态直流电压理论值5V 计算稳态直流纹波电压的理论值 2(1D)0.025V 8s o o T V V CL -?==,通过图中得到直流纹波电压为0、0267V 当fs=10KHz,L=0、375mH, C=500μF,占空比D=0、25,电流连续的临界状态时, 由(1)o S L V D T I L -?= ,得电感电流波动理论值就是1A ,由图像得到电感电流波动值就是1A,与理论计算相符合 Time/s P u l s e /V Switch (fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF) Time/s I L /V Inductor Current(fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)

Buck电路闭环控制器设计仿真

Buck 电路闭环控制器设计曾洋斌作业要求：建立Buck 电路的状态平均模型，设计系统闭环控制器；分析稳态误差产生原因，并提出改进措施，并进行仿真； 3、完成作业报告。 4、Buck 电路参数：输入电压为20V ，输出电压5V ，负载电阻4欧姆，电感1×10-3H ，电容5×10-4F ，开关频率20kHz 。一、Buck 电路的状态平均模型根据题目所给参数，容易计算得其占空比为25%，Buck 电路如图1所示： S V o V 图1：Buck 电路根据状态空间平均法建模步骤如下： 1、列写状态方程、求平均变量设状态方程各项如下： [()()]T L o i t v t =x ()s u v t = ()VD y i t = 则有状态方程如下： x =Ax +Bu &

T y =C x （1）列写[0，1S d T ]时间内的状态方程如图2所示，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态方程的系数矩阵如下所示： 11011L C RC ?? - ? = ? ?- ???A ，11[0]T L =B ，1[00]T =C S V o V 图2：开关VT 导通状态（2）列写[1S d T ，S T ]时间内的状态方程如图3所示，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态方程的系数矩阵如下所示： 21011L C RC ??- ? = ? ?- ???A ，2[00]T =B ，2[10]T =C S V o V

图3：开关VT 关断状态因此，在[0，1S d T ]和[1S d T ，S T ]两个时间段内分别有如下两种状态方程： [0，1S d T ]： 11x x u =+A B &，1T y x =C [1S d T ，S T ]： 22x x u =+A B &，2T y x =C 根据平均状态向量：() ()1 S S t T T t S x t x d T ττ+=? 可得： ()()()() ()()()()() 112211S S S S S S S t dT t T T t t dT S t dT t T t t dT S x t x d x d T x u d x u d T ττττ ττττττ ++++++= +=+++????????? ? ? ?A B A B & 又根据建模的低频假设和小纹波假设，可得到如下近似： ()()S T x t x τ≈ () () S T u t u τ≈ 将这两个近似式回代原方程得： ''11211121() [()()]() [()()]() S S S T T T x t d t d t x t d t d t u t =+++A A B B & 同理可得： '1121() [()()]() S S T T T T y t d t d t x t =+C C & 因此有： X =AX +BU &，T Y =C X 其中 1112(1)d d =+-A A A ，1112(1)d d =+-ΒΒΒ，1112(1)T T T d d =+-C C C 2、求解稳态方程及动态方程（1）求解稳态方程

Buck变换器的设计与仿真

Sa b er 仿真作业 Buck 变换器的设计与仿真 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............................................................. -3 - 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 .................................................................. - 6 - 2.2.4 开关管Q的选取........................................................ -7 -

Buck电路的设计与仿真

Buck 电路的设计与仿真 1、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％，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。解：（1）工作频率为10kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为10kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.310000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>c L 则电感电流连续，实际电感值可选为1.1~1.2倍的临界电感，可选择为H 4104-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2410000 15005.0105.48)25.01(5?????-?-=F 41017.4-? （2）工作频率为50kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为50kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.050000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 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H 4109.0-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2450000 15005.0109.08)25.01(5?????-?-=F 410833.0-? 分析：在其他条件不变的情况下，若开关频率提高n 倍，则电感值减小为1/n ，电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论。 2、Buck 电路仿真：利用sim power systems 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Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。建模：分别做两种开关频率下的仿真。工作频率为10kHz 时

题目：Buck电路的设计与仿真

题目：Buck 电路的设计与仿真 1、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％，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。解：（1）工作频率为10kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为10kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.310000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>c L 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H 4105.4-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=20 08)1(s c T U L D U C 241000015005.0105.48)25.01(5?????-?-=F 41017.4-? （2）工作频率为50kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为50kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.050000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 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H 4109.0-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=20 08)1(s c T U L D U C 245000015005.0109.08)25.01(5?????-?-=F 410833.0-? 分析：在其他条件不变的情况下，若开关频率提高n 倍，则电感值减小为1/n ，电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论。 2、Buck 电路仿真：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Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。（一）开关频率为10Hz 时； (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。由第一步理论计算得占空比Dc=25%；实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为4.299V ）：