Buck电路设计与MATLAB仿真.docx

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:

得到下列计算结果
fs(KHz)L(mH)C(μF)100.375500500.075100
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(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，记录数据如下表所示：
开关频率fs(KHz)电感L(mH)电容C(μF)输出电压稳态值Vo(V)输出电压纹波值ΔVo(V)电感电流波动值ΔIo(A)
100.3755004.7360.026710.454174.3390.02750.8750.18755006.4350.05101.8500.0751004.7450.01971.0140.0983.34.3960.02240.875
与理论值对比
开关频率fs(KHz)电感L(mH)电容C(μF)输出电压稳态值Vo(V)输出电压纹波值ΔVo(V)电感电流波动值ΔIo(A)
100.37550050.02510.4541750.0250.8330.187550050.0252500.07510050.02510.0983.350.0250.833
C．仿真过程:
当fs=10KHz,L=0.375mHC=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Vo=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
,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，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

Figure-1fs=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
取1.2倍电感值时

Figure-2取1.2倍电感值时

fs=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Vo=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

Figure-3fs=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

Figure-4取1.2倍电感时

(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比
记录数据如下表
开关频率fs(KHz)电感L(mH)电容C(μF)电感电流波动值ΔIo(A)电感电流波动实际值ΔIo(A)
100.375500110.454170.8330.8750.187550021.8500.07510011.0140.0983.30.8330.875

Figure-5fs=10KHz,L=0.375mH,C=500μF,占空比D=0.25,电流连续的临界状态

Figure-6fs=10KHz,L=0.45mH,C=417μF,占空比D=0.25

Figure-7fs=50KHz,L=0.075mH,C=100μF,占空比D=0.25,电流连续的临界状态

Figure-8fs=50KHz,L=0.09mH