multisimbuck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）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%。

第二章降压―升压斩波电路的设计

2.1 基本工作原理

电路原理图如图2-1所示,基本工作原理如下:

b)R

a)

i

i

2

I

I

图2-1: 降压―升压斩波电路原理图

设电路中电感L值很大,电容C值也很大。使电感IL和电容电压即负载电压uo基本为恒值。

当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量，此时电流为i1,方向如图2-1a)所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为i2,方向如图2-1a)所示。

可见,负载电压极性为上正下负,与电源电压极性相反,因此又称为反极性斩波电路。

稳态时，一个周期T电感L两端电压ul对时间积分为零,即0

T

L

u dt=

⎰当V处于通态期间,uL=E;而当V处于断态期间,uL=-u0。于是

所以输出电压为

改变占空比α,输出电压既可以比电源电压高,

也可以比电源电压低。当0<α<1/2时为降压,当1/2<α<1时为升压,因此将该电路称为降压―升压斩波电路。也有的文献直接按英文称之为buck-boost 变换器。

图2-1b)给出了电源电流i1和负载电流

i2的波形,设两者的平均电流分别为I1和I2，当电流脉动足够小时，有

如果V和VD为没有损耗的理想开关时，则EI1=U0I2，其输出功率和输入功率相等，可以看做直流变压器。

2.2 触发方式

根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可以有三种控制方式:

保持开关周期T不变,调节开关导通时间ton,称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM ),或脉冲调宽型。

保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。

ton和T都可调,使占空比改变,称为混合型。其中第一种方式应用最多。

第三章电路仿真及其分析

off

o

on

t

U

t

E⋅

=

⋅

直流降压―升压斩波变换电路的输出电压可以高于或者低于输入电压，它具有一个相对于输入电压公共端为负极性的输出电压。在电路中，改变占空比系数α,即可改变输出电压。

3.1电路为直流降压斩波变换电路时的波形及其分析

基于Multisim的直流降压―升压斩波电路的仿真电路图如图3-1所示，当函数发生器的设置如图3-2所示。占空比系数α为10%时，直流电压表指示的输出电压如图。其中特别注意直流电压表的接入方向问题，由此可见输出电压小于输入电压，完成降压斩波功能。直流电压表示数如图3-3所示，示波器显示的输出电压信号波形如图3-4所示。

图3-1：直流降压―升压斩波变换电路(降压时)

图3-2:信号发生器板面设置

图3-3:直流电压表示数

图3-4:输出电压信号波形

下面对仿真结果分析如下:在仿真电路图中,电源电压E设为9V,开关管为2SK2070L,即Silicon N Channel MOS FET High Speed Power Switching,是一种高速的MOSFET开关管,由日立公司(HITACHI)生产,函数信号发生器的参数设置足以驱动MOSFET,占空比α设为10%,由计算公式在理论上输出电压值应为1V，但是由于开关不是理想的，存在一定的压降，所以输出电压略小于理论值。

3.2 电路为直流升压斩波电路时的波形及其分析

在图3-5所示的电路中，函数发生器的设置如图3-6，占空比系数α=0.7时，直流电压表的输出电压如图3-8所示，可见输出电压大于输入电压，完成了升压的功能。示波器显示的输出电压信号波形如图3-8 a）和3-8 b)所示。

图3-5：直流降压―升压斩波电路(升压时)

图3-6:信号发生器设置面板

图3-7:直流电压表示数