文档介绍：Saber仿真作业
Buck变换器的设计与仿真
目录
1 Buck变换器技术 - 2 -
Buck变换器基本工作原理 - 2 -
Buck变换器工作模态分析 - 2 -
Buck变化器外特性 - 4 -
2 Buck变换器参数设计 - 5 -
Buck变换器性能指标 - 5 -
Buck变换器主电路设计 - 5 -
占空比D - 5 -
滤波电感Lf - 5 -
滤波电容Cf - 7 -
开关管Q的选取 - 7 -
续流二极管D的选取 - 8 -
3 Buck变换器开环仿真 - 8 -
Buck变换器仿真参数及指标 - 8 -
Buck变换器开环仿真结果及分析 - 8 -
4 Buck变换器闭环控制的参数设计 - 9 -
闭环控制原理 - 9 -
Buck变换器的闭环电路参数设计 - 10 -
Gvd(s)的传递函数分析 - 10 -
补偿环节Gc(s)的设计 - 13 -
补偿环节参数设计 - 15 -
5 Buck变换器闭环仿真 - 19 -
Buck变换器闭环仿真参数及指标 - 19 -
Buck变换器闭环仿真电路原理图 - 20 -
Buck变换器的闭环仿真结果与分析 - 20 -
6 总结 - 22 -
1 Buck变换器技术
Buck变换器基本工作原理
Buck电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的,。驱动信号ub周期地控制功率晶体管Q的导通与截止,当晶体管导通时,若忽略其饱和压降,输出电压uo等于输入电压;当晶体管截止时,若忽略晶体管的漏电流,输出电压为0。。
Buck变换器电路
Buck变换器的主要工作波形
Buck变换器工作模态分析
在分析Buck变换器之前,做出以下假设:
①开关管Q、二极管D均为理想器件;
②电感、电容均为理想元件;
③电感电流连续;
④当电路进入稳态工作时,可以认为输出电压为常数。
在一个开关周期中,变换器有2种开关模态,,各开关模态的工作情况描述如下:
开关模态0[t0~t1]
[t0~t1](a)。在t0时刻,开关管Q恰好开通,二极管D截止。此时:
(式1-1)
电感中的电流线性上升,式1-1可写成:
(式1-2)
开关模态1[t1~t2]
[t1~t2](b)。在t1时刻,开关管Q恰好关断,二极管D导通。此时:
(式1-3)
电感中的电流线性下降,式1-3可写成:
(式1-4)
式中Toff为开关管Q的关断时间。在稳态时,,联解式1-2与式1-4可得:
(式1-5)
输出电流平均值:
(式1-6)
(a) [t0~t1]
(b) [t1~t2]
(a) [t1~t2]的主要工作波形
(b) [t1~t2]的主要工作波形
Buck变化器外特性
在恒定占空比下,变化器的输出电压与输出电流的关系Uo=f(io)称为变换器的外特性。式1-5表示了电感电流连续时变换器的外特性,输出电压与负载电流无关。当负载电流减小时,可能出现电感电流断续现象。。
由式1-2与式1-4可知,当输入电压和输出电压一定时,为常数。由式1-6可见,当负载电流减少到时,,此时最小负载电流,即为电感临界连续电流:
(式1-7)
由式1-2及式1-5得,带入式1-7得:
(式1-8)
由上式可见,临界连续电流与占空度的关系为二次函数,当D=1/2时,临界连续电流达到最大值:
(式1-9)
当电感电流断续时,即在Toff结束前续流二极管的电流已下降到0,此时输出的平均电流为:
(式1-10)
式中,为开关管关断后电感电流持续的时间,并且:
(式1-11)
稳态时,,由式1-11得:
(式1-12)
将式1-11及式1-12带入式1-10得:
(式1-13)
即: (式1-14)
电感电流断续时电流波形
可见在电流断续区,输出电压与输入电压之比不仅与占空比有关,而且与负载电流有关。
2 Buck变换器参数设计
Buck变换器性能指标
输入电压:Vin=13~22VDC();
输出性能:Vout=12VDC;
Vout(p-p)<25mv;
当Iout=,电感电流临界连续。
开关频率