Buck变换器的设计与仿真
Buck变换器建模和仿真
Buck 变换器的建模与仿真(一)Buck 变换器的性能指标带有反馈控制回路Buck 变换器的电路图如图（1-1）所示，我们假定其工作在CCM 方式。
其基本电路参数为： 输入电压g V =2030V 输出电压V =12V 输出纹波125mV （1%）电压跌落250mV （最大，2003out I mA A =） 开关频率s f =100kHz 最大输出电流4A输入电流最大纹波0.4A(峰峰值)图（1-1）带有反馈控制回路的直流斩波电路（二）Buck 变换器参数的选择 1. 滤波电感0L 的选择 由diu Ldt=得 6.max 0.max ()(3012)410180H 0.14in out on out V V T dt L u di I μδ--⨯-⨯⨯====⨯⨯这里我们取0L 为180H μ 最大负载时的峰值电流为.max .max 40.054 4.22peak out out I I I A δ=+=+⨯=2. 滤波电容0C 的选择 由dui cdt=得 其向量形式为I j cU ω=I jcUω=所以需要穿越频率的带宽为2outc out outI f C V π∆=∆如果假定穿越频率为10kHz250892.8out c out V mZ m I ∆===Ω∆ 原则上为了留有设计裕量，电阻的阻抗按13计算阻抗选取 根据上面计算结果，我们可以在Rubycon 公司的ZL 系列，16V 中选取以下规格：C=330F μ,760C rms I mA =@105A C =︒ ,72ESR low R m =Ω@20A T C =︒ ,220ESR low R m =Ω@10A T C =-︒电容ESR 的阻抗应小于输出电容在穿越频率处的阻抗11482 6.2810330c out m f C k π==Ω⨯⨯86c Z m ≤==Ω设计余量不足，我们重新选ZL 系列中C=1000F μ，同样的过程，我们可以得出满足条件。
Buck变换器仿真设计报告
Buck变换器仿真设计报告1设计要求输入电压：30-60VDC（额定48V）输出性能：–V out 24VDC–V out(p-p) <25mV–Iout 2A–I out =0.1A时，电感电流临界连续。
其他性能：–开关频率200kHz2变换器设计2.1电路组成2.2 主电路参数设计(1) 占空比8.03024min max ===in out V V D 4.06024max min ===in out V V D 5.04824===innom out nomV V D (2) 滤波电感0.1A 时电感电流临界连续。
H T I U L U T I L L CCM L L μμ3605)4.01(2.024max )min(=⨯-⨯--=∆∆=→=∆∆(3) 滤波电容取mV V p p out 5.12)(=-。
Ω==∆∆=125.02.025.0I V ESR F C ESR C f f 66610520125.010651065---⨯=⨯=⇒⨯=∙ 取F C f μ560=。
(4) 负载 对于阻性负载有o L oU R I =。
由于I out =0.1A 时，电感电流临界连续。
在额定电压、额定占空比下I out =2A ，可求得额定12L R =Ω，断续时负载值240L R =Ω。
2.3 闭环反馈设计(1) 确定开环传递函数11030102.0)10701(481)1()(6662+⨯+⨯⨯+=++∙+=---s s s s R L s C L C sESR V s G Lf f f f in(2) 增加检测及调制环节125.2)(=s H 2=M V)(965)()()(1)()(s G s G s H s G V s G s T c M c ==(3) 选择补偿环节)1)((1)(2221112C sR C C sR C sR s G c +++= KK lag 1tan tan 9011--+-=θ 1221C R f z π= 2221C R f p π=(4) 确定补偿环节参数① 截止频率取1/5fs ，即fc=40kHz 。
高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真设计word版
编号XXXX大学毕业设计题目高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：XX大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：年月日（学号）：高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真摘要便携式电子产品的广泛应用，推动了开关电源技术的迅速发展。
因为开关电源具有体积小、重量轻以及功率密度和输出效率高等诸多优点，己经逐渐取代了传统的线性电源，随之成为电源芯片中的主流产品。
随着开关电源技术应用领域的扩大，对开关电源的要求也日益提高，高效率、高可靠性以及高功率密度成为趋势，这就对开关电源芯片设计提出了新的挑战。
本文首先概述了现有开关电源设计技术及其发展趋势，接着介绍了BUCK变换器的电路结构、工作原理及控制原理。
最后进行了芯片系统的仿真研究，其中首先介绍了所选芯片的性能特点及其经典电路图，然后利用LTSPICE进行了仿真验证。
Buck变换器的建模与仿真
装备应用与研'♦Zhu/ngbei Yingyong yu YanjiuBuck变换器的建模与仿真施媛媛蒋伟周世豪王一林(扬州大学电气与能源动力工程学院，江苏扬州225127)摘要:Buck变换器作为DC/DC变换器中最为典型的拓扑结构，引申发展出了很多种类的变换器。
对Buck变换器进行建模与仿真，有利于更好地研究其他种类的DC/DC变换器。
利用小信号分析法计算电路的传递函数,并利用LTspice验证理论计算的传递函数，最终釆用type-3型PI控制器，对电路进行闭环控制。
关键词：Buck变换器;传递函数；闭控制0引言学的发展，现代电力电了大发展，其中Buck变换器DC/DC变换器中最为典型的拓扑结构，引申发展出了很多种类的变换器，对Buck变换器进行建模与仿真，有利于更好地研究其他种类的DC/DC变换器。
1电压控制型Buck变换器完整的Buck变换器包括功率电路以及控制电路部分，单电Buck变换器模型1°Buck变换器的功率电路部分电S#电$(电生电％)、电容C(电电阻Q以电R组成，计数1。
电控制和电控制变换器的控制，于电控制，电控制更，用Buck变换器中能电路。
采用电控制，对输出电采闭，采出电，出电与，PI器生成调制，PWM制控制信号&来控制S的表1设计参数输入电压％/V 输出电压！/V电电电阻%1/m"电C/^F电电r*/m"电开关频率yi/kHz穿越频率"kHz361422016100150 1.54722Buck变换器建模2.1主电路建模为了更好地计控制部分PI调节器的数，需先分析主电路的传递函数，主电路传递函数的建立一有均法法[1]°一周T内，对电路中的电压以电:用数作为控源数:电路的大信号数电路:并小信号:建小信号模型。
以用小信号分析法对出电的传递函数传递函数以出阻抗传递函数，并在LTspice 中建电路，进行仿真验证。
Buck_Boost变换器的设计及仿真
Buck_Boost变换器的设计及仿真Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。
这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。
它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。
在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。
Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。
电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。
可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。
开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。
振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。
通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。
为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。
输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。
负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。
输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。
接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。
由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。
可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。
最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。
可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。
此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。
这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。
Buck-Boost变化器是一种功能强大的电路，可以改变输入电压并生成预期的输出电压水平。
本文介绍了其设计原理和仿真过程，为设计者提供了宝贵的参考。
未来的研究将会探究更多的变换器类型，继续提高电路的性能和功效。
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 s2J =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,.1L c(1 _DJR T2 s(1-0.25)1° 亠2 10000= 3.75 10* H5 (1-0.25) 0.75 10, H50000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 s2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 oT s 25 (1-0.25)18 0.9 10J 0.005 5 500002= 0.833 10*Fmatlab20120510 «(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。
Buck电路的设计与仿真(开环设计与仿真)2014
• 网络资源
– 使用方法介绍
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小结||3-6||
• 掌握DC-DC电路参数设计方法； • 掌握用SaberSketch输入电路原理图的方法、 掌握瞬态仿真的基本参数设置方法、掌握 查看波形方法； • 借助仿真软件深入理解Buck电路工作原理。 • 作业： • 1：完成单端正激电路设计报告（含所有主 电路参数设计，需要查阅相关手册，选取 所有元器件） ； • saber0307@；Password:0307123456
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作业内容
• 1：单端正激电路设计报告（含变压器与电 感器的设计）；
– 主电路设计（变压器、开关管、二极管、滤波 电感、滤波电容）； – 仿真分析（1，采用理想元器件分析性能指标的 满足情况；2，评估所选元器件的合理性；3， 理想元器件与实际元器件模型带来的性能指标 差异性分析）
四．闭环仿真；
五．元件级仿真。
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开环仿真（瞬态）、分析与模型完善
（1）原理图编辑
（2）仿真模拟 （3）仿真结果分析 （4）模型完善
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（4）模型完善
滤波电感——串联电阻线路压降；（实 际设计<需要查磁芯手册>） II. 滤波电容—串联电阻 输出电压纹波； III. 线路寄生参数及其影响 I.
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（1）原理图编辑
Switch, Power semiconductor Inductor Logic Clock Diode, ideal Resistor Capacitor
Voltage source, constant ideal DC supply
Ground, (Saber node 0)
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（4）模型细化（完善）
① 开关管——应力计算、选取及实际器件选取；
(完整word版)buck-boost变换器的建模与仿真
题目：Vg 1.5VQ135mΩ100uH100uFR5ΩV D0.5V图1 buck—boost 变换器电路图一、开关模型的建模与仿真图2 buck-boost 变换器的开关模型占空比由0.806变化到0.7的电感电流波形占空比由0.806变化到0.7的电容电压波形图3 buck —boost 变换器的开关模型的仿真二、 大信号模型与仿真1、 开关导通时：Vg 1.5VR on35m ΩV-图4 开关导通时的工作状态此时，电感电压和电容电流方程:(t)v (t)v (t)(t)(t)(t)(t)L g on c di L i R dtdv v i C dt R ⎧==-⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩2、 开关断开时：100uH100uFVi c+-0.5Vi图5 开关断开时的工作状态此时，电感电压和电容电流方程：(t)v (t)(t)(t)(t)(t)(t)L D cdi L V v dtdv v i C i dt R ⎧==--⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩3、平均方程电源电压、电感电流、电容电压变化的不大均为低频信号，则(t)(t)g g v v = ;(t)(t)i i =；v(t)v(t)=又因为：(t)v (t)L d i L dt= (t)(t)c d v i Cdt= 则有,电感电压平均方程：()()'v (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)L g on D i R V v =---电容电流平均方程：''(t)(t)(t)(t)d(t)()d (t)((t))=d (t)(t)c v v v i i R R R=-+--+ 输入电流平均方程:g (t)d(t)(t)i i =4、大信号模型：()()''g (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)d (t)(t)=d (t)(t)(t)d(t)(t)g on D d i L i R V v dt v v C i dt R i i ⎧=---⎪⎪⎪-+⎨⎪⎪=⎪⎩由方程可得到三个等效电路：-+-+-+g (t)i v (t)g (t)v D (t)i 'D (t)i d (t)v Cdt(t)d i Ldt'(0.5D )VonDR '(t)D v v (t)g D 图6buck-boost 变换器的大信号模型的等效电路大信号模型的仿真电路：图7 大信号模型仿真电路图大信号模型的仿真波形：电感电流随占空比变化的波形电容电压随占空比变化的波形图8 大信号模型仿真波形图三、 小信号模型假设，gv (t)=V +v (t)d(t)=D+d(t)(t)=(t)v(t)=V+v(t)(t)=(t)g g g g g i I i i I i ΛΛΛΛΛ⎧⎪⎪⎪⎪⎨+⎪⎪⎪⎪+⎩ 且各变量的扰动值远小于其稳态值。
Buck-boost变换器建模及仿真
Buck-boost变换器建模及仿真Buck-boost 变换器建模及仿真1、Buck-boost 变换器平均开关模型利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为，二极管的前向导通压降为0.8v 。
gV )(t v图1 Buck-boost 变换器电路图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有、、和四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入变量表示出来。
在此，我们选择和作为输入变量。
接下来我们要求出这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。
)(1t v s dT sT (1i sdT s)(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v图2 开关网络电压电流的曲线图根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值：（1）（2）（3）（4）由式（3）与（4）得（5）将公式（1）与（5）代入（3）中得（6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子：（7）由（1）与（2）得（8）])([)()(')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12(2vD(2t i ss s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=>s +><+><+>=<><由式（7）（8）可以得到开关网络的平均开关模型，如图3所示：图3 平均开关模型把图1中的开关网络用图3所示的平均开关模型代替可得到图4所示的Buck-boost 变换器的开关模型电路。
DCDC Buck Boost变换器设计与仿真工具
DCDC Buck Boost变换器设计与仿真工具DCDC Buck Boost变换器是一种常用的电源装置，可以通过调整输入电压来实现输出电压的升降。
其设计和仿真是电力电子学领域的重要内容之一。
本文将介绍如何进行DCDC Buck Boost变换器的设计，并提供一些常用的仿真工具。
一、设计要点在进行DCDC Buck Boost变换器设计时，需要考虑以下几个要点：1. 输入输出电压范围：根据具体应用需求确定输入输出电压范围。
2. 输入输出电流：根据负载需求和电源供应能力，确定输入输出电流。
3. 效率和稳定性：设计时要考虑提高效率和保持稳定性的方法，如合适的开关频率选择和控制策略。
4. 尺寸和散热：根据实际应用场景和功率需求，确定合适的尺寸和散热方案。
二、设计流程DCDC Buck Boost变换器的设计流程可以分为以下几个步骤：1. 确定输入输出电压范围和电流要求。
2. 选择合适的开关器件：根据电流和功率需求选择合适的开关管、二极管和电感器件。
3. 设计输出滤波电容：根据电流纹波和稳定性要求，确定输出滤波电容。
4. 选择控制策略：可选择常规控制、脉宽调制（PWM）控制或者其他一些先进的控制策略。
5. 进行电路图设计：使用相应的电路设计软件进行电路图设计。
6. 进行仿真：将设计好的电路图导入仿真软件，进行电路仿真。
7. 优化设计：根据仿真结果进行设计修改和参数优化。
8. PCB设计与制造：根据最终设计结果进行PCB板的设计和制造。
9. 组件选择和电路组装：根据设计规格书选择合适的元器件，并进行电路组装。
三、仿真工具在DCDC Buck Boost变换器的设计过程中，使用合适的仿真工具可以帮助我们更好地理解和优化电路，提高设计效率。
以下是一些常用的仿真工具：1. LTspice：LTspice是一款功能强大且免费的电路仿真软件，可以对DCDC Buck Boost变换器进行电路仿真，并进行性能评估和参数优化。
DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件
DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件DC-DC Buck变换器是一种常见的电力转换器，可以将输入电压降低到较低的输出电压。
设计和仿真优化这种变换器通常是电力电子工程师的重要任务。
本文将介绍一种用于DC-DC Buck变换器设计和仿真优化的软件。
1. 软件简介DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件是一种专业的电力电子设计工具，旨在帮助工程师快速、准确地设计和优化Buck变换器。
该软件具有直观易用的界面，包括设计和仿真功能，能够满足不同设计需求。
2. 设计功能该软件提供了全面的设计功能，使工程师能够轻松选择合适的元器件和参数，并生成符合要求的变换器设计。
以下是软件的主要设计功能：2.1 输入参数设置工程师可以在软件中设置输入电压、输出电压、负载电流等参数。
根据这些参数，软件将自动计算出所需的元器件数值。
2.2 元器件选择软件提供了广泛的元器件库，工程师可以根据设计要求选择合适的电感、电容、开关管等元器件。
软件还会根据元器件的性能参数提供实时反馈。
2.3 转换器参数计算软件可以自动计算出转换器的工作频率、占空比、电流波动等参数。
这些参数对于最终电路的性能至关重要。
2.4 效率分析软件可以根据输入参数和元器件参数，预测Buck变换器的效率。
这有助于工程师评估设计方案的可行性。
3. 仿真优化功能除了设计功能，DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件还提供了强大的仿真和优化功能。
以下是软件的主要仿真优化功能：3.1 仿真模型建立工程师可以在软件中建立完整的Buck变换器电路模型，并设置各个元器件的参数。
软件支持自定义模型和建模语言。
3.2 波形分析软件可以对Buck变换器的输入电压和输出电压进行波形分析。
工程师可以通过波形图观察电路的工作状态，识别潜在问题。
3.3 效果评估软件可以根据仿真结果评估Buck变换器的性能。
工程师可以通过功率损耗、电压波动等指标来评估设计方案。
3.4 优化算法软件提供了多种优化算法，可以根据设计要求和约束条件自动化地调整元器件的数值。
MATLAB仿真 Buck电路的设计与仿真
MATLAB仿真技术作业题目：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。
实验电路图：Iob=10V/10R=1A10kHz :L=1.875mH C=10mF D=25%电压波形实际值：稳态电压：V0=9.375V 稳态直流纹波电压△V0=38mV理论值：稳态电压：V0=10V 稳态直流纹波电压△V0=50mV误差：V0误差=(10-9.375)/10=6.25%△V0误差=(50-38)/50=24%电流波形实际电流波动值：△I=0.407A理论电流波动值：△I=0.4A误差率=（0.4-0.407）/0.4=-1.75%D=50% 稳态直流电压V0=19.5V 改变L=0.1875mH D=25%电感电流波形直流电压波形稳态直流电压值V0=13.05V 误差率=(13.05-10)/10=30.5%与同一占空比下电流连续时的直流电压值进行比较误差=(13.05-9.375)=3.675V 稳态直流纹波电压△V0=0.5V理论稳态直流纹波电压△V0=0.005V误差=0.5-0.005=0.495V50kHz :L=2.5mH C=5uF D=25% Lmin=75uH直流电压波形实际值：稳态电压：V0=9.375V 稳态直流纹波电压△V0=0.024V理论值：稳态电压：V0=10V 稳态直流纹波电压△V0=0.05V误差：V0误差率=(10-9.375)/10=6.25%△V0误差率=（0.05-0.024）/0.05=52%电流波形实际电流波动值：△I=0.062A理论电流波动值：△I=0.06A误差率=(0.062-0.06)/0.06=3.33%D=50% 稳态直流电压V0=19.508V电压波形。
DCDC Buck转换器CCM设计与仿真系统
DCDC Buck转换器CCM设计与仿真系统DCDC Buck转换器是一种常见的直流-直流电源转换电路，广泛应用于电子设备中。
反激型的Buck转换器常常用于需要降压转换的电源系统中，提供稳定的低压输出电压。
为了更好地理解和设计DCDC Buck转换器，采用CCM（连续导电模式）控制方式是一种常见的设计方法。
CCM设计可以实现更稳定的输出电压，更低的输出纹波以及更好的动态响应。
因此，本文将重点介绍DCDC Buck转换器CCM设计与仿真系统。
1. 系统概述DCDC Buck转换器CCM设计与仿真系统主要由以下模块组成：1.1 输入电源模块：提供输入电压给DCDC Buck转换器，一般为直流电压。
1.2 Buck转换器模块：实现降压转换功能，将输入电压转换为所需的稳定输出电压。
1.3 控制模块：采用CCM控制方式，监测输出电压并根据反馈信号进行控制调节，以实现稳定输出。
1.4 仿真模块：使用电路仿真工具进行DCDC Buck转换器的性能分析和仿真。
2. CCM设计步骤2.1 确定输入和输出电压：根据实际需求确定DCDC Buck转换器的输入和输出电压。
2.2 选择合适的开关元件：根据输入电压和输出电压的范围选择合适的开关元件，如MOSFET。
2.3 确定开关频率：选择合适的开关频率，一般较高的开关频率可以减小输出纹波并提高效率。
2.4 确定电感和输出电容：根据输入电压、输出电压以及所需纹波电流确定合适的电感和输出电容。
2.5 设计反馈控制回路：根据采用的控制策略设计反馈控制回路，监测输出电压并提供反馈信号。
2.6 仿真分析：使用仿真工具进行性能分析和仿真，评估设计的稳定性、效率和输出纹波等参数。
3. 仿真系统介绍在DCDC Buck转换器CCM设计过程中，借助电路仿真工具能够有效地分析和优化设计方案。
下面将详细介绍仿真系统的几个关键功能。
3.1 输入参数设置：仿真系统提供设置输入电压、输出电压、开关频率、电感和输出电容等参数的功能。
Buck-Boost变换器的设计与仿真
1 概述直流-直流变流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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RRVD2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2RVD（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
BUCK电路PID控制器设计及仿真
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：3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：图2 BUCK 变换器闭环系统其中Gvd(s)为占空比至输出电压的传递函数， Gm(s)为PWM 脉宽调制器的传递函数， H(s)表示反馈分压网络的传递函数，Gc(s)是误差信号E(s)至控制量Vc(s)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：ˆ1ˆ4m c m d(s)1G (s)== =v (s)V （1）式中，Vm 为PWM 调制器中锯齿波的幅值。
反馈分压网络的传递函数为：Hs=VrefVo=515=13（2）占空比至输出电压的传递函数为：Gvds=VoD11+sLR+s2LC（3）其中Vo=15V ，D=VVin=1528=0.536，L=50μH ，R=3Ω，C=500μF 。
将参数代入式（3）可得，Gvds=282.533×10-8s2+1.675×10-5s+1 （4） 对于BUCK 变换器系统，其回路增益函数G(s)H(s)为 GsHs=GcsGmsGvdsHs=GcsGos （5） 式中，Gos=GmsGvdsHs（6）为未加补偿网络Gcs 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Gos=283.04×10-7s2+ 0.000201s+1 （7）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：图3 原始回路增益函数波特图从图3中可以看出穿越频率为fc=1.82kHz ，相位裕度为ψm=4.72deg ，从表面上看，系统是稳定的，但是如果系统中的参数发生变化，系统可能会变得不稳定；另外穿越频率太低，系统的响应速度很慢。
Buck_Boost变换器的设计及仿真
1 概述直流-直流变流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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD2 主电路拓扑和控制方式Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b）V关断，VD续流图2-2 Buck/Boost不同模态等效电路ttttt电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
Buck电路的设计与仿真开环设计与仿真Saber
一 Buck电路的开环设计
（1）性能指标； （2）Buck电路的工作原理； （3）Buck电路的开环设计；
（1）性能指标
• DC-DC变换器性能指标： • 输入电压：36-72 VDC（额定48V） • 输出性能：
– 额定输出电压 Vout 28VDC – 输出电流纹波 Vout(p-p) <50mV – 额电定感负 电载 流工电作流于IouCt CM10。A，在负载电流大于2A时，
• 其他性能：
– 开关频率 100kHz
（2）Buck电路的工作原理
• 电路拓扑
QA
+
L
+
Ui
ub b
D C
RL Uo
-
-
• CCM下的电路工作原理
（3）Buck电路的开环设计
• 主电路参数设计
（1）占空比 （2）滤波电感量滤波电感设计 （3）滤波电容 （4）功率器件
占空比
（1）占空比
D m ax
V out V in m in
28 36
0.7 8
D m in
V out V in m ax
28 72
0 .3 9
D nom
V out V innom
28 48
0.5 8
滤波电感设计
• 电感量，2A时（1/5负载），电感电流临界 连续。
L ITL UL
Lmin(CCM)
UILLTmax
28(10.39)10u42.7uH 4
（1）原理图编辑 （2）仿真模拟 （3）仿真结果分析 （4）模型细化
（3）仿真结果分析
• 查看仿真波形
– 图形文件的打开 – 现有信号的查看 – 信号的运算
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 -2.2.5续流二极管D的选取..................................................... -7 -3Buck变换器开环仿真................................................................. -7 -3.1Buck变换器仿真参数及指标 ..................................................... -7 -3.2Buck变换器开环仿真结果及分析................................................. -8 -4Buck变换器闭环控制的参数设计....................................................... -9 -4.1闭环控制原理................................................................. -9 -4.2Buck变换器的闭环电路参数设计................................................. -10 -4.2.1Gvd(s)的传递函数分析 ................................................... -10 -4.2.2补偿环节Gc(s)的设计 ................................................... -12 -4.2.3补偿环节参数设计...................................................... -14 - 5Buck变换器闭环仿真............................................................... -18 -5.1Buck 变换器闭环仿真参数及指标................................................. -18 -5.2Buck变换器闭环仿真电路原理图................................................. -19 -5.3Buck变换器的闭环仿真结果与分析............................................... -19 -6总结............................................................................. -21 -1 Buck变换器技术1.1 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，其电路如图功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。
Buck变换器的设计与仿真
S a b e r仿真作业Buck变换器的设计与仿真目录1 Buck变换器技术........................................................................................................ -2 -1.1 Buck变换器基本工作原理............................................................................. - 2 -1.2 Buck变换器工作模态分析............................................................................. - 3 -1.3 Buck变化器外特性......................................................................................... - 4 -2 Buck变换器参数设计............................................................................................... - 6 -2.1 Buck变换器性能指标..................................................................................... - 6 -2.2 Buck变换器主电路设计................................................................................. - 6 -2.2.1 占空比D ................................................................................................. - 6 -2.2.2 滤波电感Lf ............................................................................................ - 7 -2.2.3 滤波电容Cf ............................................................................................ - 9 -2.2.4 开关管Q的选取 ................................................................................ - 10 -2.2.5 续流二极管D的选取........................................................................ - 10 -3 Buck变换器开环仿真............................................................................................ - 10 -3.1 Buck变换器仿真参数与指标...................................................................... - 10 -3.2 Buck变换器开环仿真结果与分析............................................................. - 10 -4 Buck变换器闭环控制的参数设计 ....................................................................... - 12 -4.1 闭环控制原理................................................................................................ - 12 -4.2 Buck变换器的闭环电路参数设计............................................................. - 13 -4.2.1 Gvd(s)的传递函数分析...................................................................... - 13 -4.2.2 补偿环节Gc(s)的设计....................................................................... - 15 -4.2.3 补偿环节参数设计 ............................................................................. - 18 -5 Buck变换器闭环仿真............................................................................................ - 23 -5.1 Buck变换器闭环仿真参数与指标............................................................. - 23 -5.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图............................................................. - 24 -5.3 Buck变换器的闭环仿真结果与分析......................................................... - 24 -6 总结........................................................................................................................... - 27 -1 Buck变换器技术1.1 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，其电路如图1.1。
DC-DC升降压(Buck-Boost)变换器设计与仿真分析
器 电路进行 数值计算 的方式 ， 选取多组 占空比进 行仿 真 ， 这样既可 以筛选出各个 电压等级下 的合 理 占空 比取值 ， 又能够得到系统的输 出电压变化
规律 ， 以判 定 系 统 的 电能 变 化性 能 。如 果 仿 真 结
要去除 ， 在元件库中按照拓扑结构建立电路模型 ，
作者简 介： 李钦林 （ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 助教 ， 硕士， 主要从 事电气 自动化方面 的教学工作 。
第３ 期
李钦林 ： Ｄ Ｃ － Ｄ Ｃ 升降压 （ Ｂ ｕ ｃ ｋ — Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ） 变换器设计与仿真分析
６ ５Байду номын сангаас
器系统 中 ， 筛选 了 １ ８ ％、 ３ ３ ％、 ６ １ ％、 ６ ６ ％４ 个 占空 比参数 ， 并分别对 其进行输 出电压特性仿 真。从数值计算结果 来看 ， 这４ 个 占空 比条件下 ， 输 出电压基本 能够达到预期 的调压等级 ， 且输 出电压的分布特性 良好 。针对纹波 电压偏 大的问题 ， 提出 了后 续改造措施 。为该变换器 后续的制作和应用提供 了参 考依 据。
在 数 学 模 型 的建 立 中 ， 无 源开 关 和 有 源 开 关 均需
为理想化 （ 如降低导通压降等） ， 也能够实现仿真
结 果 较 为理 想 的 目标 。但如 此设 置 明 显与 实 际情 况不符 ， 容易 造成 后 续实 物 生产 出来 后 ， 仿 真 和实 际数 据 的较 大误 差 。 因此 ， 本 文在 仿 真条 件 的设 置 中， 将 电感 和 电容 设置 为 固定 值 ， 二极 管模 块 保 持 默认 值 。在 开关 频 率确 定 的条 件 下 ， 仅 调 整 脉
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Saber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 -2.2.5续流二极管D的选取..................................................... -7 -3Buck变换器开环仿真................................................................. -7 -3.1Buck变换器仿真参数及指标 ..................................................... -7 -3.2Buck变换器开环仿真结果及分析................................................. -8 -4Buck变换器闭环控制的参数设计....................................................... -9 -4.1闭环控制原理................................................................. -9 -4.2Buck变换器的闭环电路参数设计................................................. -10 -4.2.1Gvd(s)的传递函数分析 ................................................... -10 -4.2.2补偿环节Gc(s)的设计 ................................................... -12 -4.2.3补偿环节参数设计...................................................... -14 - 5Buck变换器闭环仿真............................................................... -18 -5.1Buck 变换器闭环仿真参数及指标................................................. -18 -5.2Buck变换器闭环仿真电路原理图................................................. -19 -5.3Buck变换器的闭环仿真结果与分析............................................... -19 -6总结............................................................................. -21 -1 Buck 变换器技术1.1 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，其电路如图功率晶体管 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 管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。
电路的主要工作波形如图1.2。
1.2 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，其等效电路如图1.3所示，各开关模态的工作情况描述如下：（1 ）开关模态 0[t0~t1][t0~t1]对应图1.3（ a ）。
在t0时刻，开关管 Q 恰好开通，二极管 D 截止。
此时：电感中的电流线性上升，式 1-1可写成:1.1。
驱动信号ub 周期地控制uo 等于输入电压；当晶体 VinQ~irm_UbA _r>nr\L fC fR UoU i-U odt（式 1-1）图1.1 Buck 变换器电路图1.2 Buck 变换器的主要工作波形U _U _L i omax—iomin _L丄T on T on电感中的电流线性下降，式1-3可写成:输出电流平均值:1.3 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。
Uo=f（io）称为变换器的外特性。
式1-5表示了当负载电流减小时，可能出现电感电流断续（式1-2) （2 ）开关模态1[t1~t2][t1~t2]对应图1.3（b）。
在t1时刻，开关管Q恰好关断，二极管di0 - U o = L -dtD导通。
此时:（式1-3)i omin - i omax i omax _ i ominU。
二—L LominT offi off=L ；—T off（式1-4)式中Toff为开关管Q的关断时间。
在稳态时，.\ioff Y i°n "i，联解式1-2与式1-4可得:U o 二DU i （式1-5)I o —二(i omax i omin2（式1-6)图 1.3(b) [t1〜t2]图1.3（a） [t1~t2]的主要工作波形图1.3（b） [t1~t2]的主要工作波形现象。
图1.4为电感电流断续时电流波形图。
由式1-2与式1-4可知，当输入电压和输出电压一定时，-i 为常数。
由式1-6可见，当负载电流减少到kmin =°时，i omax =山，此时最小负载电流l omin ，即为电感临界连续电流I G :由式1-2及式1-5得冷，带入式1-7得：U i T I G ! D(1—D)2L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:l =丄＞；丄（打 T +A i 'ff T 'ff ）T 2 on on off off /式中，T off 为开关管关断后电感电流持续的时间，并且:■■Ion （ U i-U o ）T onL 1■-■loff 二［（一 U o ）T off稳态时，厶i on =厶i off ，由式1-11 得:将式1-11及式1-12带入式1-10得:l o /L maX 4D 2U U^UoG ominiomax2（式 1-7）（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U i TGm ax8LD=1/2时，临界连续电流达到最大值：(式 1-9)（式 1-10）（式 1-11）____ iToffU j -UTon（式 1-12）（式 1-13）即:U o /U i1 - I o /（4l Gmax D 2）（式 1-14）t图1.4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 2.1 Buck 变换器性能指标输入电压： Vi n=30~60VDC (额定输入电压为 48V ); 输出性能： Vout=24VDC ;Vout(p-p)<25mv ; Iout=2A ;当Iout=0.1A 时，电感电流临界连续。
开关频率： fs=200KHz 。
2.2 Buck 变换器主电路设计2.2.1 占空比D根据Buck 变换器的性能指标要求及Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比的变化范围:2.2.2滤波电感Lf（1）滤波电感量Lf 计算变换器轻载时，如果工作在电流连续区，那么为了保持一定的输出电压，占空比大为减小，也就是说 开关管导通时间很短。
如果这个时间小于开关管的存储时间与最小控制时间之和，变换器的输出将出现失 控或输出纹波加大，因此希望变换器工作在电感电流连续状态。
所以，以最小输出电流 Iomin 作为电感临界连续电流来设计电感，即.）i Lmin -2I omin -0.2A 。
在Q 关断时，由式1-4得:由 Lf > Lf(min)，取 Lf=360uH 。
(2 )滤波电感Lf 设计①L f 的电流时单向流动的，流过绕组的电流具有较大的直流分量，并叠加一个较小的交流分量，属U o24V Ui min30V U o 24V一 U i i max 一 60V U o24VU iN 48V -(式 2-1)0.5L f(max)Uo T off(max)-i LminU o(1 - D min )-i Lmin f s24V (1-0.4)0.2A 200 KHz= 360」H(式 2-2)-0.8 =D nomDDmax于第三类工作状态。