Buck變換器建模和仿真

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1、Buck變換器的建模與仿真(一)Buck變換器的性能指標(biāo)帶有反饋控制回路Buck變換器的電路圖如圖（1-1）所示，我們假定其工作在CCM方式。其基本電路參數(shù)為：輸入電壓=V輸出電壓=12V輸出紋波125（1%）電壓跌落250（最大，）開(kāi)關(guān)頻率=100kHz最大輸出電流4A輸入電流最大紋波0.4A(峰峰值)圖（1-1）帶有反饋控制回路的直流斬波電路（二）Buck變換器參數(shù)的選擇1.濾波電感的選擇由得這里我們?nèi)樽畲筘?fù)載時(shí)的峰值電流為1.濾波電容的選擇由得其向量形式為所以需要穿越頻率的帶寬為如果假定穿越頻率為10kHz原則上為了留有設(shè)計(jì)裕量，電阻

2、的阻抗按計(jì)算阻抗選取根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果，我們可以在Rubycon公司的ZL系列，16V中選取以下規(guī)格：C=330@@@電容ESR的阻抗應(yīng)小于輸出電容在穿越頻率處的阻抗設(shè)計(jì)余量不足，我們重新選ZL系列中C=1000，同樣的過(guò)程，我們可以得出滿足條件。這里我們?nèi)?.IGBT和Diode的選擇流過(guò)IGBT的最大半波平均電流為：4.1AIGBT的通態(tài)平均電流為：34.1=12.3A承受的峰值電壓為：330=90VDiode承受的通態(tài)平均電流和峰值電壓與IGBT相同（三）補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)對(duì)于DC/DC變換器系統(tǒng)，其回路增益函數(shù)為其中就是我們要設(shè)計(jì)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

3、=這里我們?cè)O(shè)計(jì)為2.5V，為0.5，并帶入數(shù)據(jù)可得我們可以畫(huà)出沒(méi)加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的幅頻圖如下所示：圖（3-1）沒(méi)加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的Bode圖我們可以得出其相角裕量為，可見(jiàn)原始回路增益函數(shù)頻率特性的相位裕量太小。雖然系統(tǒng)是穩(wěn)定的，但存在較大的輸出超越量和較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間。通常選擇相位裕量在左右，增益裕量在10dB左右。因此需要加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，提高相位裕量和增益裕量。的直流增益；幅頻特性的轉(zhuǎn)折頻率=375Hz。設(shè)加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后，回路函數(shù)的增益交越頻率等于的開(kāi)關(guān)頻率，于是增益交越頻率=如果加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后回路增益函數(shù)以斜率處通過(guò)線，則變換系統(tǒng)將有較好的相位裕量。為了

4、得到的斜率，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在穿越頻率點(diǎn)必須提供的斜率。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)零點(diǎn)頻率設(shè)計(jì)為原始回路函數(shù)兩個(gè)相近的極點(diǎn)頻率的，即由于沒(méi)有零點(diǎn)，則可以將的兩個(gè)極點(diǎn)設(shè)定為，以減少輸出高頻開(kāi)關(guān)紋波。原始回路函數(shù)在的增益為=0.0017補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在增益交越頻率的增益為=588這樣，補(bǔ)償后回路函數(shù)在為0dB。求在零點(diǎn)與之增益為極點(diǎn)的增益為最后可求出補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電阻值與電容值。首先，假設(shè)，可以求出其它元件的參數(shù)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和原始回路函數(shù)的幅頻特性相加，得到補(bǔ)償后回路函數(shù)幅頻特性如圖所示圖（3-2）加了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的Bode圖此時(shí)的相位裕量為，基本達(dá)到要求（四）用Matlab

5、對(duì)電路進(jìn)行仿真用Matlab搭建的框圖如下：圖（4-1）帶反饋的Buck電路Matlab框圖在0.01s時(shí)，輸入電壓由20V增加為30V，我們得到的波形如下：圖（4-2）輸出電壓和電流的波形圖（在0.01s時(shí)，輸入電壓由20V躍變?yōu)?0V）我們可以看到穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出電流為4A，輸出電壓為12V，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。我們把穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸出電流的波形進(jìn)行放大，可以得到如下圖：圖（4-3）穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出電流波形（輸入電壓為30V）我們可以得到輸出電流的峰峰值為0.4A,與設(shè)計(jì)前的指標(biāo)溫和我們把輸出電流在輸入電壓突然由20V上升為30V時(shí)刻的波形進(jìn)行放大，如圖所

6、示：圖（4-4）輸入電壓由20V變?yōu)?0V時(shí)對(duì)輸出電流的影響我們可以看到電流躍變0.5A左右，符合設(shè)計(jì)要求我們把輸出電壓的波形進(jìn)行放大，如圖所示：圖（4-5）輸出電壓的波形（輸入電壓為30V）我們可以看出輸出電壓的脈動(dòng)非常小，滿足要求我們把輸出電壓在輸入電壓突然由20V上升為30V時(shí)刻的波形進(jìn)行放大，如圖所示：圖（4-6）當(dāng)輸入電壓由20V突變?yōu)?0V時(shí)，輸出電壓的波形我們可以看到輸出電壓由于受輸入電壓突變的影響，增大了0.07V左右，經(jīng)過(guò)0.005s的調(diào)整時(shí)間重新變?yōu)?2V，滿足要求。