题目Buck电路的设计和仿真.doc

XXXXXX大学 计算机仿真作业四实验报告书 XXXXX PAGE \* MERGEFORMAT 2 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 这个值是电感电流连续与否的临界值，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； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 = （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 这个值是电感电流连续与否的临界值，LLc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； 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.V，最小值为4.V，所以得到。 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。 理论计算如下所示： 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： ；；. 随着占空比的增加，由公式，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，，， ，得到，； 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，； 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，， ； 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： 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