Buck电路设计与MATLAB仿真

Buck电路设计与仿真

*名：***

班级：电气1102

学号：********

日期：2014年5月10日

指导老师：***

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

Time/s

P u l s e /V

Switch (fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)

0.1087

0.1088

0.1089

0.109

0.10910.1092

0.1093

0.1094

0.1095

Time/s

I L /V

Inductor Current(fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)

0.0436

0.0438

0.0440.0442

0.04440.0446

0.04480.0450.04520.0454

Time/s

U o /V

Uo (fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)

Figure-1 fs=10KHz,L=0.375mH, C=500μF,占空比D=0.25,电流连续的临界状态

取1.2倍临界电感值时，输出电压稳态值是4.399V ，理论值是5V ，纹波电压理论值0.025V 记录波形测得纹波电压为0.0275V 电感电流波动理论值为0.833A ，由图像得到电感电流波动值是0.875A

0.0245

0.025

0.02550.026

Time/s

P u l s e /V

Pulse (fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)

Time/s

I L /A

Inductor Current(fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)

0.197

0.19750.1980.1985

0.1990.1995

0.2

0.20050.201

0.2015

Time/s

U o /V

Uo (fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)

f s =50KHz,L=0.075mH, C=100μF, 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 =4.745V ，理论值是5V ，稳态直流纹波电压理论值0.025V ,由输出电压波形得到实际值为0.0197V

电感电流波动理论值为1A ，测量值为1.014A

Time/s

P u l s e /V

Pulse (fs=50KHz,L=0.075mH,C=100uF)

0.0247

0.0248

0.0249

0.025

Time/s

I L /A

Inductor Current(fs=50KHz,L=0.075mH,C=100uF)

6

6.02

6.04 6.06

6.08

6.1x 10

-3

Time/s

U o /V

Uo (fs=50KHz,L=0.075mH,C=100uF)

Figure-3 f s =50KHz,L=0.075mH, C=100μF, 占空比D=0.25,电流连续的临界状态

取 1.2倍临界电感时，输出电压平均值为4.396V ，理论值是5V ，纹波电压理论值为0.025V ，实际为0.0224V

电感电流波动理论值为0.833A ，实际值为0.875A