题目Buck电路的设计与仿真
(完整word版)Buck变换器的设计与仿真
目录1 Buck变换器技术........................................................................................................................... - 1 -1.1 Buck变换器基本工作原理............................................................................................... - 1 -1.2 Buck变换器工作模态分析............................................................................................... - 2 -1。
3 Buck变化器外特性........................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计.................................................................................................................. - 5 -2.1 Buck变换器性能指标....................................................................................................... - 5 -2。
2 Buck变换器主电路设计................................................................................................ - 5 -2.2。
buck控制器中仿真电流模式控制电路的设计
在进行buck控制器中仿真电流模式控制电路的设计时，首先需要对仿真电流模式控制（SIMC）进行全面评估。
SIMC是一种常用的控制策略，能够实现电流和电压的稳定控制，同时具有快速动态响应和良好的稳定性。
在设计电路时，需要考虑控制电路的深度和广度，以确保所设计的电路具有高质量和可靠性。
SIMC是一种基于电流反馈的控制策略，其主要思想是通过对电流进行实时监测和控制，来实现对电压和功率的稳定调节。
相较于传统的电压模式控制，SIMC具有更好的动态响应和抗扰性，因此在众多电源控制应用中得到广泛应用。
在设计buck控制器中的SIMC电路时，需要考虑的因素包括但不限于电感、电容、开关管及其驱动电路、比较器、反馈网络等。
这些因素的选择和设计对于电路性能的影响至关重要。
需要在对电路的深度评估的考虑到这些因素的相互影响，以确保电路具有良好的稳定性和性能。
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需要按照从简到繁的方式探讨电路设计的相关原理和步骤，以帮助读者更深入地理解设计的内在逻辑。
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在进行buck控制器中仿真电流模式控制电路设计时，首先需要对SIMC进行全面评估。
SIMC 是一种常用的控制策略，能够实现电流和电压的稳定控制，同时具有快速动态响应和良好的稳定性。
电力电子课程设计-BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真
电力电子课程设计-BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称:电力电子题目:BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真—15V/5V二级学院(直属学部): 电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:07电单学生姓名: 学号:指导教师姓名: 职称:讲师2011 年 1 月电力电子课程设计任务书二级学院(直属学部):电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:学生姓名指导教师韩霞职称讲师课题名称 BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真-15V/5V1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，设计PID补偿网络2、采用MATLAB中simulink中的simpowersystems模型库搭建闭环降压式变换器的仿真模型3、观察系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载电课流的波形4、撰写课程设计说明书，要求包括:题一、封面二、目录工三、正文1、降压变换器的基本原理作2、BUCK变换器主电路参数设计2.1设计内容及要求内 2.2主电路设计(占空比、滤波电感、滤波电容的设计)3、BUCK变换器闭环PID控制的参数设计容 3.1主电路传函分析3.2补偿环节的设计4、BUCK变换器闭环系统的仿真4.1仿真参数及过程描述4.2仿真模型图及仿真结果5、总结(含心得体会)6、参考文献(不少于6篇)21、输入直流电压(V):15V IN2、输出电压(Vo):5V3、输出电流(I):10A N指标4、输出电压纹波峰-峰值 Vpp?50mV)5、锯齿波幅值Um=1.5V 目标6、开关频率(fs):100kHZ )要7、采样网络传函H(s)=0.3 求8、BUCK主电路二极管的通态压降V=0.5V，电感中的电阻压降V=0.1V,开DL关管导通压降V=0.5V,滤波电容C与电解电容R的乘积为75uΩ*F ONC第1天阅读课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法第2天根据设计原理计算相关主要元件参数以及完成PID系统的设计进第3天熟悉MATLAB仿真软件的使用，构建系统仿真模型程安第4天仿真调试，记录要求测量波形排第5天撰写课程设计说明书1、电力电子课程设计任务书本院编2、电力电子课程设计指导书本院编3、王创社，乐开端等，开关电源两种控制模式的分析与比较，电力电子技术，1998，3，78一81; 主4、徐辅东，电流型控制开关变换器的研究与优化，西南交通大学硕士论文，要2000年4月。
BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真
BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：BUCK 电路闭环PID 控制系统的MATLAB 仿真一、课题简介BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo 总是小于输入电压U i 。
通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值。
简单的BUCK 电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID 控制器，实现闭环控制。
可通过采样环节得到PWM 调制波，再与基准电压进行比较，通过PID 控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK 电路闭环PID 控制系统。
二、BUCK 变换器主电路参数设计2.1设计及内容及要求1、 输入直流电压(VIN)：15V2、 输出电压(VO)：5V3、 输出电流(IN)：10A4、 输出电压纹波峰-峰值 Vpp ≤50mV5、 锯齿波幅值Um=1.5V6、开关频率(fs)：100kHz7、采样网络传函H(s)=0.38、BUCK 主电路二极管的通态压降VD=0.5V ，电感中的电阻压降VL=0.1V ，开关管导通压降 VON=0.5V,滤波电容C 与电解电容RC 的乘积为F *Ωμ752.2主电路设计根据以上的对课题的分析设计主电路如下：图2-1 主电路图1、滤波电容的设计因为输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关，rr rrC L N0.2V V R i I ==∆（1）电解电容生产厂商很少给出ESR ，但C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF [3]。
在本课题中取为75μΩ*F ，由式(1)可得R C =25mΩ，C =3000μF 。
2、滤波电感设计开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如式(2)、(3)所示：INO L ON L ON /V V V V L i T ---=∆（2）O L D L OFF /V V V L i T ++=∆ （3）off 1/on s T T f += (4)由上得：Lin o L DonV V V V L T i ---=∆ (5)假设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =0.5V 。
BUCK电路的PID控制设计及仿真
BUCK电路的PID控制设计一、实验目的DC/DC 变换器可将不可控的直流输入变为可控的直流输出，广泛应用于可调直流开关电源及直流电机驱动中. Buck 变换器是DC/DC 变换器中最具代表性的拓扑结构之一.在工程实际中， Buck变换器的控制方式可以开环和闭环来实现。
其中闭环控制方式又可分为PI校正，PID控制，fuzzy控制等方式。
本文首先会建立Buck 变换器的模型，然后会分别进行开环、PI控制器校正，PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上进行仿真，最后对得出的结果进行比较。
二、设计内容及要求U)：24V（ 20%）1、输入电压(iU)：12V（1%稳定度）2、输出电压(oI)：1A3、额定电流(oV≤70mV4、输出电压纹波峰-峰值ppV≤150mV 6、开关5、满载与半载之间的切换时，输出电压纹波峰-峰值pp频率(f)：无要求，本设计设定为20kHz三、Buck 主拓扑电路3.1开环Buck 电路图图（1）开环Buck 电路3.2 参数计算与选择（1）占空比 50%o i U D U == （2）滤波电感滤波电感的选择与负载电流的变化范围及希望的工作状态有关，假设电路要求工作在电感电流连续工作状态，则临界电感(1)2f o s oD U L I -= 根据公式代入计算可得：-4s (1)(10.5)*12 1.5*102f 2*20000o o U D L H I --===此时L 值为电感电流连续与否的临界值，实际电感值可选为（2～3）倍的临 界电感。
这里L 取4*104H 。
（3）滤波电容 电容的容量，会影响输出纹波电压和超调量的大小。
在开关关断时为负载供电和减小输出电压的纹波，滤波电容C 的选择直接关系开关稳压电源输出中纹波电压分量o U 大小。
滤波电容C2(1)8o o U D C U Lf-= 根据纹波要求代入计算-42-442(1)12*0.5==1.79*1088*0.07*1.5*10*(2*10)o o U D C U Lf -= F 这里电容C 取7.5*104F 。
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电路的闭环设计及仿真分析
Buck电路的闭环设计及仿真分析一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电源转换技术已成为现代电子设备不可或缺的一部分。
其中，Buck电路作为一种基本的直流-直流（DC-DC）转换器，因其结构简单、效率高、调节范围宽等优点，在电子设备中得到了广泛应用。
然而，为了确保Buck电路在各种环境和负载条件下的稳定性和高效性，闭环设计显得尤为重要。
本文旨在探讨Buck电路的闭环设计方法，并通过仿真分析验证设计的有效性。
文章首先简要介绍了Buck电路的基本原理和应用背景，然后重点阐述了闭环设计的重要性及常用方法。
在闭环设计部分，文章详细分析了反馈网络的选取、控制策略的制定以及功率级和控制级的协同工作等问题。
同时，结合具体的设计实例，阐述了闭环设计在实际应用中的具体实现过程。
为了验证设计的有效性，文章采用了仿真分析的方法。
通过搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对设计的Buck闭环电路进行了全面的仿真分析。
仿真结果证明了闭环设计的有效性，同时也为实际电路的制作和调试提供了重要参考。
文章对闭环设计的Buck电路进行了总结，并指出了未来研究方向和潜在的应用前景。
通过本文的研究，旨在为从事电源转换技术研究和应用的工程师和学者提供有益的参考和启示。
二、Buck电路的基本原理Buck电路，也称为降压转换器，是一种基本的直流-直流（DC-DC）转换电路，其主要功能是将较高的直流电压降低到所需的较低直流电压。
其名称来源于电路中开关元件（如MOSFET或晶体管）的操作，类似于"bucking"（减少或抑制）输入电压。
Buck电路的基本构成包括一个开关（通常是MOSFET），一个电感（或称为线圈），一个二极管（也称为整流器或续流二极管），以及一个输出电容器。
在开关打开时，电流通过电感从输入源流向输出，此时电感储存能量。
当开关关闭时，电感释放其储存的能量，通过二极管向输出电容器和负载供电。
Buck电路的工作原理基于电感的电压-电流关系。
Buck电路闭环控制器设计仿真设计
Buck电路闭环控制器设计仿真设计Buck 电路闭环控制器设计15121501 曾洋斌作业要求：1、建⽴Buck 电路的状态平均模型，设计系统闭环控制器；2、分析稳态误差产⽣原因，并提出改进措施，并进⾏仿真；3、完成作业报告。
4、Buck 电路参数：输⼊电压为20V ，输出电压5V ，负载电阻4欧姆，电感1×10-3H ，电容5×10-4F ，开关频率20kHz 。
⼀、Buck 电路的状态平均模型根据题⽬所给参数，容易计算得其占空⽐为25%，Buck 电路如图1所⽰：SVoV图1：Buck 电路根据状态空间平均法建模步骤如下： 1、列写状态⽅程、求平均变量设状态⽅程各项如下：[()()]T L o i t v t =x()s u v t = ()VD y i t =则有状态⽅程如下：x =Ax +BuT y =C x（1）列写[0，1S d T ]时间的状态⽅程如图2所⽰，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态⽅程的系数矩阵如下所⽰：11011L CRC ??-=- A ，11[0]T L =B ，1[00]T =CoV图2：开关VT 导通状态（2）列写[1S d T ，S T ]时间的状态⽅程如图3所⽰，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态⽅程的系数矩阵如下所⽰：21011L CRC ??-=- A ，2[00]T =B ，2[10]T =C SVoV图3：开关VT 关断状态因此，在[0，1S d T ]和[1S d T ，S T ]两个时间段分别有如下两种状态⽅程：[0，1S d T ]： 11x x u =+A B ，1T y x =C [1S d T ，S T ]： 22x x u =+A B ，2T y x =C 根据平均状态向量：()()1SSt T T tSx t x d T ττ+=可得：()()()()()()()()()112211SSSSSt dT St dT t T tt dT Sx t x d x d T x u d x u d T ττττττττττ++++++=+=+++A B A B⼜根据建模的低频假设和⼩纹波假设，可得到如下近似：()()ST x t x τ≈ ()()ST u t u τ≈将这两个近似式回代原⽅程得：''11211121()[()()]()[()()]()SSST T T x t d t d t x t d t d t u t =+++A A B B同理可得：'1121()[()()]()SST T T T y t d t d t x t =+C C因此有：X =AX +BU ，T Y =C X其中1112(1)d d =+-A A A ，1112(1)d d =+-ΒΒΒ，1112(1)T T T d d =+-C C C令⼤写表⽰稳态值，即：11,,,x X y Y d D u U ====则有⽅程组TAX +BU =0Y =C X解⽅程组得：-1X =-A BU T -1Y =-C A BU由前⾯求得的两个时间段状态⽅程系数矩阵得：1011L CRC ??-=- A ，1[0]T D L =B ，11[10]T D =-C以下令'111D D =-。
Buck电路的设计与仿真9-14(闭环设计及仿真)-2014解读
9
状态空间平均法：(2) 稳态平均 • （2）基于变换器低通滤波器转折频率fc<< 开关频率fs的假定，将状态方程在时间空间 上的平均： ' ' x ( t ) ( d A d A ) x ( t ) ( d b d b2 )vs (t ) 1 2 1 T ' T y (t ) (dC d C2 ) x(t )
第二章 DC-DC电路(Buck)的设计与仿真
1
DC-DC电路(Buck)的设计与仿真
一．开环设计；
二．开环仿真（瞬态）、分析与模型细化；
三．闭环设计与仿真；
四．闭环仿真；
五．元件级设计与仿真。
2
四、电路闭环设计
① 闭环控制的基本概念与控制框图
② PWM型DC-DC变换器的状态空间平均法 及低频小信号模型 ③ 闭环控制系统的补偿
• 可求得变换器的等效传递函数，如输入到输 出的传递函数、控制到输出的传递函数。
13
稳态和低频小信号等效电路模型
ˆs Is i
ˆs Vs v
ˆ Ef ( s )d ˆ e( s ) d 1
Z ei ( s )
H e (s)
Z eo ( s )
Re
Le
Ce
ˆ Jf ( s )d ˆ j ( s)d 2
12
状态空间平均法：(5) 求解方程 • 在S域求解状态方程：
ˆ (s) ˆ ( s) Ax ˆ ( s) bv ˆs ( s) [( A1 A2 ) X (b1 b2 )Vs ]d sx ˆ ( s) ˆ ( s) C T x ˆ ( s) (C T C T ) Xd y
Re
Le
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
41
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
42
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。
32
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
33
（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.
13
（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)
39
（4）模型细化（完善）
① 开关管——应力计算、选取及实际器件选取；
Buck电路的设计与仿真闭环设计及仿真
v s V s v ˆ s ； d D d ˆ ； d ' D ' d ˆ ； x X x ˆ ； y Y y ˆ
dxˆ dt
Axˆbvˆs
[(A1
A2)X
(b1
b2)Vs]dˆ
(A1 A2)dˆxˆ(b1 b2)dˆvˆs
x ˆ(s)(sIA)1bv ˆs(s)(sIA)1[(A 1A 2)X(b1b2)Vs]d ˆ(s) y ˆ(s)CT(sIA)1bv ˆs(s) C (T b(1s Ib 2)A V )s ]1[ (A (C 11 T A 2 C )2 X T)X d ˆ(s)
稳态和低频小信号等效电路模型
Δ(s S )2ω Q0Sω02
QD' ω0
L
DR ' L
1 RD l C' RcC
Q1
1
ω1
1
L D'2 Re
q
RcC
ω0
D' LC
ω1
D' LC
Req Rc
ωZ
1 RcC
ωa
(D')2 L
RL
Req(DRl)'2 DD'Rc
变换器控制到输出的传递函数
v d ˆˆ0((s s ))(V DI)2'(1 (s sω /R 0 cC )2 )s (ω (1 /0 D Q s)2 'L R 1L)
fz 1/(2 R2C1)
2.5 43
3
36
4
28
设计步骤
6. 验证与调整：时域仿真与实验验证？。 7. 结论 8. 补偿器在低频处有一个极点，通过提高误差放大器的开环增益改善输出调节性能，并降低低
Buck电路设计与MATLAB仿真
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:20.252.0.5A (1)3.5%8()4.2odoo o s o s d o LB OB V D V V I RV T D V LCDT 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 SL 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/sP u l s e /VSwitch (fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)Time/sI L /VInductor Current(fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)0.04360.04380.0440.04420.04440.04460.04480.0450.04520.0454Time/sU o /VUo (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0.875ATime/sP u l s e /VPulse (fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)Time/sI L /AInductor Current(fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)0.1970.19750.1980.19850.1990.19950.20.20050.2010.2015Time/sU o /VUo (fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)f s 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1.014ATime/sP u l s e /VPulse (fs=50KHz,L=0.075mH,C=100uF)Time/sI L /AInductor Current(fs=50KHz,L=0.075mH,C=100uF)66.026.04 6.066.086.1x 10-3Time/sU o /VUo (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0.875ATime/sP u l s e /VPulse (fs=50KHz,L=0.09mH,C=83.3uF)Time/sI L /AIductor Current(fs=50KHz,L=0.09mH,C=83.3uF)4.524.54 4.564.58 4.6 4.62 4.64x 10-3Time/sU o /VUo (fs=50KHz,L=0.09mH,C=83.3uF)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Time/sP u l s e /VSwitch (fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)0.10870.10880.10890.1090.10910.10920.10930.10940.1095Time/sI L /VInductor Current(fs=10KHz,L=0.375mH,C=500uF)Figure-5 fs=10KHz,L=0.375mH, C=500μF,占空比D=0.25,电流连续的临界状态. ... .. 0.0250.02550.026-1-0.500.5Time/sP u l sTime/sI L /AInductor Current(fs=10KHz,L=0.45mH,C=417uF)Figure-6 fs=10KHz,L=0.45mH, C=417μF,占空比D=0.250.02480.02490.025-1-0.500.511.52Time/sP u l s e /VTime/sI L /AInductor Current(fs=50KHz,L=0.075mH,C=100uF)Figure-7 f s =50KHz,L=0.075mH, C=100μF, 占空比D=0.25,电流连续的临界状态 0.02480.02490.025-1-0.5Time/sP u l s e /VTime/sI L /AIductor Current(fs=50KHz,L=0.09mH,C=83.3uF)Figure-8 f s =50KHz,L=0.09mH, C=83.3μF, 占空比D=0.25DV o /VVo-D(Vd=20V)Figure-9 输出电压与占空比关系曲线(4)将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型(只仿真开关频率10k 时的情况，使用理论计算的占空比)：记录电感电流波形，电感电流波动值为1.8A 观察不连续电流的波形；记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，与理论公式6.67V 对比，，实际值6.435V 并与同一占空比下电流连续时的直流电压值4.736V 进行比较；计算稳态直流纹波电压，由图中得到纹波电压为0.0510V 并与理论公式比较（需根据电流波形计算D2的大小）。
(完整版)Buck-Boost电路设计.doc
500W Buck/Boost 电路设计与仿真验证一、主电路拓扑与控制方式Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器， 其主电路与 Buck 或 Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、 二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。
与 Buck 和 Boost 电路不同的是，电感L f 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相反。
开关管也采用 PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也有电感电流 连续喝断续两种工作方式， 本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。
图 1-2 是电感电流连续时的主要波形。
图1-3 是 Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。
电感电流连续工作时，有两种工作模态，图 1-3(a)的开关管 Q 导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管 Q 关断、 D 续流时的工作模态。
QD LDR+-V in L fC fV o+-+图 1-1 主电路V bet onT ti LFi LfmaxI LFi Lfminti Qi Lfmaxi Lfminti DiLfmaxi LfmintV LfV inV ot图 1-2 电感电流连续工作波形QDR LDQDR LD+-+-C fC f V inL fi LfL f+V o V in i Lf+V o-+-+(a) Q 导通(b) Q 关断， D 续流图 1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。
在开关模态 1[0~t on]：t=0 时， Q 导通，电源电压V in加载电感 L f上，电感电流线性增长，二极管 D 戒指，负载电流由电容 C f提供：di L fL f dt Vin (2-1)I o V o(2-2) R LDC f dV o I o (2-3)dtt=t on时，电感电流增加到最大值i L max，Q关断。
buck控制器中仿真电流模式控制电路的设计
buck控制器中仿真电流模式控制电路的设计文章标题：深入探讨buck控制器中仿真电流模式控制电路的设计1、引言在电力电子领域，buck控制器中的仿真电流模式控制电路是一个重要的研究课题。
在本文中，我们将对这一主题进行深入探讨，分析其设计原理、工作方式及应用场景，以便读者更好地理解和应用该技术。
2、仿真电流模式控制电路的原理及工作方式仿真电流模式控制电路是一种通过模拟电流信号来实现电压控制的技术。
其设计原理主要包括采样电流、比较电流、设定参考值和控制输出等步骤。
在具体的工作方式上，该电路通过对电流进行采样和比较，控制输出电压以达到设定的参考值，从而实现对电源的高效控制。
3、仿真电流模式控制电路的设计要点在设计仿真电流模式控制电路时，需要考虑到工作频率、稳定性、效率以及输出波形等方面的问题。
对于器件的选择、参数的确定以及电路的连接方式也是关键的要点。
只有综合考虑这些因素，才能够设计出性能稳定且经济高效的控制电路。
4、仿真电流模式控制电路的应用场景在实际应用中，仿真电流模式控制电路被广泛应用于直流至直流转换器、电动汽车充电器、太阳能逆变器等领域。
其高效、稳定的控制特性，使得其在各种功率电子设备中都能发挥重要作用。
5、对仿真电流模式控制电路的个人观点和理解从我个人的角度来看，仿真电流模式控制电路是一种非常有前景和应用价值的技术。
在当前能源环境下，对于电源设备的高效控制需求日益增强，而仿真电流模式控制电路则能够很好地满足这一需求。
我对这一技术持乐观态度，并期待它在未来得到更广泛的应用。
6、总结与回顾本文通过对buck控制器中仿真电流模式控制电路的深入探讨，使读者对该技术有了更全面、深入和灵活的理解。
在今后的研究和实践中，我们将继续关注该领域的发展，不断完善和推广这一重要技术。
通过以上内容，本文围绕着buck控制器中仿真电流模式控制电路展开了深入的阐述，并从原理、设计要点、应用场景以及个人观点等多个角度进行分析。
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。
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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。
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H T R D L s c c 41075.3100001210)25.01(2)1(-⨯=⨯⨯-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>c L 则电感电流连续，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，可选择为H 4105.4-⨯；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值=∆-=2008)1(s c T U L D U C 241000015005.0105.48)25.01(5⨯⨯⨯⨯⨯-⨯-=F 41017.4-⨯ （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H T R D L s c c 41075.0500001210)25.01(2)1(-⨯=⨯⨯-=-= 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，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，可选择为H 4109.0-⨯；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值=∆-=2008)1(s c T U L D U C 245000015005.0109.08)25.01(5⨯⨯⨯⨯⨯-⨯-=F 410833.0-⨯ 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。
（一）开关频率为10Hz 时；(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。
由第一步理论计算得占空比Dc=25%；实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为4.299V ）：直流电压整体波形如下所示：细微波形如下所示：计算稳态直流纹波电压：利用Matlab 菜单栏的“Desktop ”中选中“Worksapce ”，并将命名为buck 的数据组打开，并在“Variable Editor – buck.signals(1,4).values ”下，观察直流电压瞬时值：通过这些数值可以看出，输出的稳态直流电压最大值为 4.308628V ，最小值为4.286866V ，所以得到V Uo 021762.0≈∆。
005.0352.40021762.0≈=∆Uo Uo 仿真结果与理论值基本相同。
(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。
电感电流波形如下所示：计算电流波动值：利用Matlab 菜单栏的“Desktop ”中选中“Worksapce ”，并将命名为buck 的数据组打开，并在“Variable Editor – buck.signals(1,3).values ”下，观察电感电流瞬时值：通过这些数值可以看出，输出的电感电流最大值为0.8390A ，最小值为0.0076A ，所以得到A i L 8314.0≈∆。
理论计算如下所示：A T D L U i S C L 833.0100001)25.01(105.45)1(40=⨯-⨯=-=∆- 仿真结果与理论值基本相同。
(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。
A ．占空比Dc=20%时，直流电压的波形值如下所示，大小为3.418V ；B ．占空比Dc=50%时，直流电压的波形值如下所示，大小为9.589V ；C ．占空比Dc=70%时，直流电压的波形值如下所示，大小为13.95V ；分析：V V 09.172.0418.3=；V V 178.195.0589.9=；V V 9286.197.095.13=. 随着占空比的增加，由公式C S O D U U ⨯=，可知输出电压值逐渐增加。
(4)将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型(只仿真开关频率10k 时的情况，使用理论计算的占空比)：记录电感电流波形，观察不连续电流的波形；记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，与理论公式对比，并与同一占空比下电流连续时的直流电压值进行比较；计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较（需根据电流波形计算D2的大小）。
电感电流波形如下所示（电流出现断续）：从上图中可以读到，51 2.510c s D T s -⨯=⨯，52 4.510c s D T s -⨯=⨯，s T S 410-= ，得到10.25c D =，20.45c D =；直流电压波形如下所示（稳态直流电压值为6.462V ）：从上图中可以读到，0.065o U V ∆=；在同一占空比下连续电流时，直流电压值为 4.298V ；由连续电流和断续电流下的电压值相比较，可以看到连续电流下的直流电压值较小，断续时的直流电压值较大。
理论公式如下：其中10.25c D =，1875.0101010875.144=⨯⨯==--S RT L τ， 422112 1.875100.2580.251810100000.5c c s c L D D RT D -⨯+⨯-+-⨯===； 1120.2520 6.670.250.5c o s c c D U U V D D ==⨯=++ 可见实验测量值与理论计算值基本相近。
理论计算稳态直流纹波电压：21442(1)5(10.25)10.0688 1.87510 4.171010000o c o s U D U T V LC ---⨯-∆==⨯=⨯⨯⨯⨯ 可见与仿真中得到的0.065V 相近。
（二）开关频率为50Hz 时；(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。
由第一步理论计算得占空比Dc=25%；实验记录稳态直流电压值为4.396V ；直流电压波形如下所示：计算稳态直流纹波电压：利用Matlab 菜单栏的“Desktop ”中选中“Worksapce ”，并将命名为buck 的数据组打开，并在“Variable Editor – buck.signals(1,4).values ”下，观察直流电压瞬时值：通过这些数值可以看出，输出的稳态直流电压最大值为 4.405408V ，最小值为4.383011V ，所以得到V Uo 022397.0≈∆。
00509.0396.4022397.0==∆Uo Uo 仿真结果与理论值基本相同。
(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。
电感电流波形如下所示：计算电流波动值：利用Matlab 菜单栏的“Desktop ”中选中“Worksapce ”，并将命名为buck 的数据组打开，并在“Variable Editor – buck.signals(1,3).values ”下，观察电感电流瞬时值：通过这些数值可以看出，输出的电感电流最大值为0.8723A ，最小值为0.0100A ，所以得到A i L 8623.0≈∆。
理论计算如下所示：A T D L U i S C L 8333.0500001)25.01(109.05)1(40=⨯-⨯=-=∆- 仿真结果与理论值基本相同。
(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。
A ．占空比Dc=20%时，直流电压的波形值如下所示，大小为3.456V ；B ．占空比Dc=50%时，直流电压的波形值如下所示，大小为9.579V ；C ．占空比Dc=70%时，直流电压的波形值如下所示，大小为13.68V ；分析：V V 28.172.0456.3=；V V 158.195.0579.9=；V V 543.197.068.13=. 随着占空比的增加，由公式C S O D U U ⨯=，可知输出电压值逐渐增加。
2010.05.29附加电源网讯Buck 变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。
图中，Q 为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation 脉宽调制)信号，信号周期为Ts ，则信号频率为f=1/Ts ，导通时间为Ton ，关断时间为Toff ，则周期Ts=Ton+Toff ，占空比Dy= Ton/Ts 。
Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。
开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。
电感Lf在输入侧，称为升压电感。
Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。
Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点：①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便DC/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。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton 不变，改变Ts（易产生干扰）。
其具体的电路由以下几类：（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。
（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。
（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。
（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。
DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。
其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*DBOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D)BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D）D为充电占空比，既MOSFET导通时间。