(完整word版)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。
(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。
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变换器设计
BUCK变换器设计报告一、BUCK变换器原理降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。
它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。
它主要用于直流稳压电源。
二、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器的设计方法利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。
2、主电路的设计指标输入电压：标称直流48V，范围43~53V输出电压：直流24V，5A输出电压纹波：100mV电流纹波：0.25A开关频率：250kHz相位裕量：60°幅值裕量：10dB3、BUCK 主电路主电路的相关参数：开关周期：T S =s f 1=4×10-6s占空比：当输入电压为43V 时，D max =0.55814当输入电压为53V 时，D min =0.45283输出电压：V O =24V 输出电流I O =5A纹波电流：Δi L =0.25A纹波电压：ΔV L =100mV电感量计算：由Δi L =2Lv -V o max -in DT S 得： L=L o max -in i 2v -V ΔD min T S=25.022453⨯-×0.4528×4×10-6=1.05×10-4H 电容量计算：由ΔV L =Ci L 8ΔT S 得： C=L L V 8i ΔΔT S =1.0825.0⨯×4×10-6=1.25×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。
实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。
buck变换器设计报告
BUCK变换器设计报告——电力电子装置及应用课程设计1 设计指标及要求1.1设计指标•输入电压标称直流48V 范围：43V~53V•输出电压：直流24V•输出电流：直流5A•输出电压纹波：100mV•电流纹波：0.25A•开关频率：250kHz•相位裕量：60•幅值裕量：10dB1.2 设计要求•计算主回路的电感和电容值•开关器件选用MOSFET, 计算其电压和电流定额•设计控制器结构和参数•画出整个电路, 给出仿真结果2 BUCK主电路各参数计算图1 利用matlab搭建的BUCK主电路Mosfet2在0.01s时导通，使得负载电阻由9.6变为4.8，也就是说负载由半载到满载，稳态时负载电流上升一倍，负载电压不变，这两种状态的转换的过程的表征系统的性能指标。
2.1 电感值计算当时，，D=0.558 , 求得当时，，D=0.5 , 求得当时，，D=0.453，求得所以，取2.2 电容值的计算代入，得，由于考虑实际中能量存储以及输入和负载变化，一般取C大于该值，取2.3 开关器件电压电流计算2.4 开传递函数的确定其中故开环传递函数为3 系统开环性能3.1 开环传递函数的阶跃响应由MATLAB可以作出系统的开环函数的单位阶跃响应，如下图所示由图可知，系统振荡时间较长，在5ms之后才可以达到稳定值，超调量为66.67%，需要增加校正装置进行校正。
3.2 系统开环输出电压电压、电流响应由MATLAB simulink作出的系统的输出电压、电流响应如下图所示图2 开环电压、电流响应在0.01s时负载由9.6变为4.8，电压振荡后不变，电流增大一倍。
由图可知电压超调量达到70%，电流超调量达到75%。
图3负载变化时电流响应图4负载变化时点响应图3 电流纹波图4 电压纹波电流纹波约为0.002A，电压纹波为0.01V，符合设计的要求，由于器件本身的压降损耗等因素，电压稳态值不等于24V，电流的稳态值也不等于5A。
BUCK变换器设计报告
BUCK变换器设计报告一、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器设计方法利用计算机设计BUCK变换器，首先要选取合适的仿真软件。
本文采用MATLAB和PSIM设计软件进行BUCK变换器的综合设计。
在选取好设计软件之后，先根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真。
如果开环仿真结果不能满足设计要求，再考虑选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计。
设计好闭环控制器后，对其进行闭环函数的仿真，选取超调小、调节时间快的闭环控制器搭建模型进行电路仿真。
2、主电路的设计BUCK变换器设计指标输入电压：标称直流电压48 V，范围：43 V～53 V ；输出电压：直流24 V ；输出电流：直流5 A ；输出电压纹波：100 mV ；输出电流纹波：0.25A ；开关频率：250 kHz ；相位裕量：60；幅值裕量：10 dB 。
设计要求计算主回路电感和电容值；开关器件选用MOSFET，计算其电压和电流定额；设计控制器结构和参数；画出整个电路，给出仿真结果。
根据设计指标，采用BUCK电路作为主电路，使用MOSFET元件作为开关元件，这是因为MOSFET的开关速度快，工作频率高，可以满足250khz的开关频率，此外，MOSFET与其他开关器件最显著的不同，是MOSFET具有正温度系数，热稳定性好，可以并联使用，其他开关器件不具有此特性。
（1）BUCK电路的主电路的拓扑图：（2）主电路的基本参数计算:开关周期：Ts=1/f s=4∗10−6s=0.5占空比(不考虑器件管压降)：D=v0v in=0.5581V in=43V时，Dmax=v0v inV in=53V时，Dmin=v0=0.4528v in输出电压：V o=24V；输出电流：Io=0.25A;额定负载：R=V o÷Io=4.8Ω纹波电流：△I=0.25A；纹波电压：△V=100mV电感量理论值计算：由：，得：，电容量理论值计算：由：，得考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故取C=120uF.由于电解电容一般都具有等效串联电阻R esr,因此在选择的过程中需要注意此电阻的大小对系统性能的影响。
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。
(完整word版)基于Buck变换器的开关电源设计【适合做课程设计】
基于Buck变换器的开关电源设计摘要一个高可靠性的电源系统需要大功率宽电压输入范围的DC/DC变换，在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，选用Buck作为系统的电路拓扑.本文介绍了Buck电路的工作原理，对整个闭环结构进行设计与研究,并附以相关电路图表示。
并选择符合规范的元器件，计算产品的成本.关键词Buck拓扑；DC/DC；开关电源;MC34063第一章概述开关电源是利用现代电子电力技术控制功率器件(MOSFET、三极管等）的导通和关断时间来稳定输出电压的一种稳压电源，具有转换效率高，体积小,重量轻，控制精度高等优点。
1。
1基本要求输入直流9V-12V,输出5V，5W；开关振荡频率40KHz。
1.2方案设计采用MOSFET作为功率转换元件,MOSFET具有压降小，输入电阻高，动态特性好等特点。
控制方案采用集成电路MC34063单路PWM控制芯片，极大简化电路设计。
第二章开关电源输入与控制部分设计2。
1 开关电源工作原理开关电源是指调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态，图2-1为工作过程。
基准电压为固定值,由于输入波动或负载变化导致输出电压减小，采样电压将减小，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大.同理,当由于输入波动或负载变化导致输入电压增大时,脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。
图2-1 开关电源原理框图2。
2 Buck 调整器的基本工作方式Buck 调整器的基本电路如图2-2所示,晶体管Q1与直流输入电压dc V 串联，通过Q1的开通与关断，在V1处产生方波电压，采用恒频占空比可调的方式（PWM),在V1出产生方波电压，Q1导通时间为on T 。
Q1导通时V1点电压为dc V ，电流通过串接的电感L0流入输出端,Q1关断时，电感L0产生反电动势，使V1点电压迅速下降到0并变负，直至被D1钳位于—0。
8V 。
假设二极管导通压降为0,则V1点电压为矩形波，该方波电压平均值为T T V on dc /。
(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。
(完整word版)新型ZVS型Buck的ZVS QRC的设计
图XXX 表示 需要实际仿真后需要替换的项目，放在在这里仅仅为了做例子 公式 表示未经过仿真所计算的电路数据，仿真时可根据需要自行修改数据1、引言为减小DC ／DC 变换器尺寸和损耗，必须提高变换器开关频率，而开关频率的提高会直接提高开关损耗．引入软开关技术可解决这个矛盾.这里主要研究Buck 变换器的软开关电路，并通过仿真寻找软开关实现的条件。
课本提出一些软开关技术。
但均存在不足。
这里提出一种改进ZVS QRC Buck 变换器。
可有效降低器件电压应力。
为适应谐振过程还需设置一定死区。
2、ZVS 型Buck 准谐振电路2.1、电路结构图1为ZVS-Buck-QRC 电路结构。
图1 ZVS-Buck-QRC 电路结构in U 为直流输入电源；开关管1V 、续流二极管VD 、输出滤电感f L 、输出滤波电容f C 和负载R 构成基本Buck 电路；反并联二极管1VD 、谐振电容r C 和谐振电感r L ，用来实现软开关。
简单来说，当1V 为关断状态时，r C 、r L 串联谐振，使1V 实现ZVS 开通；当1V 为开通状态即将关断时，并联电容r C 可有效抑制1V 两端电压上升速度，降低关断损耗，抑制电压尖峰。
2.2软开关工作条件1V 工作在ZVS 开通状态，则必须在r C 两端电压Cr u 已为零而r L 上电流Lr i 还未衰减到零的时段内向1V 发送开通信号。
1V 从上个周期关断到这个周期开通的时间间隔（即关断时间）可表示为：)1(D T T g off -= （1）式中：D 为V 1门级脉冲的占空比。
谐振周期r r r L C T π2=。
即要实现1V 的ZVS 开启，需满足：r off rT T T <<2（2）2.3、电路参数设计in U 为2.9~3.1V ，额定3V ；输出直流电压0U 为0.4~0.45V ；额定功率0P =280W ；开关频率g f =500kHz 。
Buck变换器仿真解析
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1 Buck电路仿真
1.5 Buck闭环仿真电路
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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闭环时电感电流和输出电压波形
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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5ms时输入电压切换到120V
2018/10/15
1.7 Buck电路理论分析
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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谢谢！
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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5ms时半载到满载切换
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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5ms时空载到满载切换
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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5ms时满载到空载切换
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
电力电子建模作业
Buck仿真报告
宋成江
2018/10/15
电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)
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1 Buck电路仿真
1.1 Buck电路参数设计
输入电压Vi为100V，输出电压Vo为80V，输出功率Po 为500W，开关频率f为20kHz，电压纹波r为1%，电 感电流相对波动度a为0.1。 滤波电感L=(1-D)R/2af=640H 滤波电容C=(1-D)/8rf2 L=9.7656F
(完整word版)buck-boost变换器的建模与仿真
题目：Vg 1.5VQ135m Ω100uH100uFR5ΩV 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 dt dv 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 c di L V v dt dv 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 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6 buck-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：占空比随时间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。
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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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 ................................................................................................. - 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 - 2.2.1 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 -3 Buck变换器开环仿真 ................................................................................................................... - 7 - 3.1 Buck 变换器仿真参数及指标 . ............................................................................................. - 7 -3.2 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 - 4.1 闭环控制原理 ..................................................................................................................... - 9 - 4.2 Buck变换器的闭环电路参数设计 .................................................................................... - 10 - 4.2.1 Gvd(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 -5 Buck变换器闭环仿真 ................................................................................................................. - 18 - 5.1 Buck 变换器闭环仿真参数及指标 .................................................................................... - 18 - 5.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图 .................................................................................... - 19 -5.3 Buck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 1.1。
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。
电路的主要工作波形如图 1.2。
VinUo+-图 1.1 Buck变换器电路Li图 1.2 Buck变换器的主要工作波形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:dtdiLU U o i =- (式 1-1 电感中的电流线性上升,式 1-1可写成:onon on omin omax o i T iL T i i LU U ∆=-=- (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 D 导通。
此时:dtdiLU 0o =- (式 1-3 电感中的电流线性下降,式 1-3可写成:offoff off omin omax off omax omin o T iL T i i L T i i LU ∆=-=--= (式 1-4式中 Toff 为开关管 Q 的关断时间。
在稳态时, i i i on off ∆=∆=∆,联解式 1-2与式 1-4可得:i o DU U = (式 1-5输出电流平均值:i i 21I omin omax o += (式 1-61.3 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 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。
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 0i omin =时, i i omax ∆=,此时最小负载电流 omin I ,即为电感临界连续电流 G I :2ii 21I I omax omin G ∆=== (式 1-7 由式 1-2及式 1-5得i ∆,带入式 1-7得:D 1(D L2TU I i G -=(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:L8TU I i Gmax =(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:T i T i 21T 1I ' off ' off on on o ∆+∆⨯=(式 1-10 式中, 'off T 为开关管关断后电感电流持续的时间,并且:'offo ' off ono i on T U L1i T U U L 1i -=∆-=∆ (式 1-11 稳态时, ' off on i i ∆=∆,由式 1-11得: on ooi ' off T U U U T -=(式 1-12 将式 1-11及式 1-12带入式 1-10得:ooi 2G m a x o U U U D4I /I -= (式 1-13 即:2Gmax o i o D I 4/(I 11U /U +=(式 1-14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。