Buck电路设计与MATLAB仿真.docx
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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:
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%,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:
得到下列计算结果
fs(KHz)
L(mH)
C(μF)
10
500
50
100
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PulseGenerator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=,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,占空比D=进行仿真,记录数据如下表所示:
开关频率fs(KHz)
电感L(mH)
电容C(μF)
输出电压稳态值Vo(V)
输出电压纹波值ΔVo(V)
电感电流波动值ΔIo(A)
10
500
1
417
500
50
100
与理论值对比
开关频率fs(KHz)
电感L(mH)
电容C(μF)
输出电压稳态值Vo(V)
输出电压纹波值ΔVo(V)
电感电流波动值ΔIo(A)
10
500
5
1
417
5
500
5
2
50
100
5
1
5
C.仿真过程:
当fs=10KHz,L=C=500μF,占空比D=,电流连续的临界状态时,记录稳态直流电压值Vo=,稳态直流电压理论值5V
计算稳态直流纹波电压的理论值
通过图中得到直流纹波电压为
当fs=10KHz,L=,C=500μF,占空比D=,电流连续的临界状态时,
由
,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
Figure-1fs=10KHz,L=,C=500μF,占空比D=,电流连续的临界状态
取倍临界电感值时,输出电压稳态值是,理论值是5V,纹波电压理论值
记录波形测得纹波电压为电感电流波动理论值为,由图像得到电感电流波动值是
fs=50KHz,L=,C=100μF,占空比D=,电流连续的临界状态时,记录稳态直流电压值Vo=,理论值是5V,稳态直流纹波电压理论值,由输出电压波形得到实际值为
电感电流波动理论值为1A,测量值为
Figure-3fs=50KHz,L=,C=100μF,占空比D=,电流连续的临界状态
取倍临界电感时,输出电压平均值为,理论值是5V,纹波电压理论值为,实际为
电感电流波动理论值为,实际值为
Figure-4取倍电感时
(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
开关频率fs(KHz)
电感L(mH)
电容C(μF)
电感电流波动值ΔIo(A)
电感电流波动实际值ΔIo(A)
10
500
1
1
417
500
2
50
100
1
Figure-5fs=10KHz,L=,C=500μF,占空比D=,电流连续的临界状态
Figure-6fs=10KHz,L=,C=417μF,占空比D=
Figure-7fs=50KHz,L=,C=100μF,占空比D=,电流连续的临界状态
Figure-8fs=50KHz,L=,C=μF,占空比D=
(3)修改占空比,观察直流电压值的变化。
fs=10KHz,L=,C=500μF,临界连续
占空比D(%)
25
50
75
90
Vo(V)
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,,实际值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,由图中得到纹波电压为并与理论公式比较(需根据电流波形计算D2的大小)。
理论值计算:
则:
实际仿真值:
V
可见理论公式算出来的值比实际仿真出来的值要大一些,是由于反并联二极管作用导致。
但是,在同一占空比情况下,电流不连续情况下比连续情况的输出电压大,
比较稳态直流纹波电压:
由图像得到输出电压的纹波为
在同一占空比的情况下,电流不连续情况下的纹波电压比连续情况明显增大。
Figure-10fs=10KHz,L=,C=500μF,占空比D=
4、实验总结:
:
通过本次的实验,使我在原有的基础上对MATLAB有了更深一步的了解,不仅熟练了操作,而且也学会用仿真方法发现问题,并解决问题。
本次实验与电力电子学知识紧密结合,通过实际的仿真现象,使我更加熟知了课本中的原理概念,更加形象的理解了Buck变换器的工作原理。