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1、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: 得到下列计算结果fs(KHz)L(mH)C(F)100.375500500.0751003、Buck电路仿真:利用s
2、impowersystems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，记录数据如下表所示：开关频率fs(KHz)电感L(mH)电容C(F)输出电压稳态值Vo(V)输出电压纹
3、波值Vo(V)电感电流波动值Io(A)100.3755004.7360.026710.454174.3390.02750.8750.18755006.4350.05101.8500.0751004.7450.01971.0140.0983.34.3960.02240.875与理论值对比开关频率fs(KHz)电感L(mH)电容C(F)输出电压稳态值Vo(V)输出电压纹波值Vo(V)电感电流波动值Io(A)100.37550050.02510.4541750.0250.8330.187550050.0252500.07510050.02510.0983.350.0250.833C仿真过程:当fs=
4、10KHz,L=0.375mH C=500F, 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Vo=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,通过图中得到直流纹波电压为0.0267V当fs=10KHz,L=0.375mH, C=500F,占空比D=0.25,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-1 fs=10KHz,L=0.375mH, C=500F,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0.02
5、5V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0.875A取1.2倍电感值时Figure-2取1.2倍电感值时fs=50KHz,L=0.075mH, C=100F, 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Vo=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1.014AFigure-3 fs=50KHz,L=0.075mH, C=100F, 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，
6、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0.875AFigure-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开关频率fs(KHz)电感L(mH)电容C(F)电感电流波动值Io(A)电感电流波动实际值Io(A)100.375500110.454170.8330.8750.187550021.8500.07510011.0140.0983.30.8330.875Figure-5 fs=10KHz,L=0.375mH, C=500F,占空比D=0.25,电流连续的临界状态Figure-6
7、fs=10KHz,L=0.45mH, C=417F,占空比D=0.25Figure-7 fs=50KHz,L=0.075mH, C=100F, 占空比D=0.25,电流连续的临界状态Figure-8 fs=50KHz,L=0.09mH, C=83.3F, 占空比D=0.25(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。fs=10KHz,L=3.75e-4,C=500F,临界连续占空比D(%)12.525507590Vo(V)2.234.7369.57214.7117.94Figure-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
8、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）。理论值计算： 则 ： 实际仿真值：6.435V 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0.0510V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-10 fs=10KHz,L=0.1875mH, C=500F,占空比D=0.254、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。