基于PSIM软件的BUCK仿真研究

BUCK是开关电源中的降压拓扑之一，也是最基础电源拓扑，这也是入门开关电源最好入手之处。下面我们基于PSIM软件对BUCK进行仿真研究。

1、设计要求

2、设计BUCK在CCM模式，计算占空比：

3、电感感量计算

设计电感纹波电流为输出电流的20%，则

4、电容计算

铝电解电容有一个RC常数约为65×10-6。

电容ESR:

电容容量：

5、根据上面计算结果，在PSIM搭建仿真模型。

首先我们研究开环情况：

输出电压波形如下，可知在固定占空比下输出电压有较大的过冲，而且输出电压稍微小于设定输出电压6V。这是由于电感寄生电阻引起的。

如果输出空载，则输出电压会缓慢上升到输入电压大小。这就说明输出电压公式：

Vo = Vin×D

是有一定条件的，那就是工作在CCM模式。

接下来，我们在研究研究闭环情况。

如上图所示，加一个简单的PI调节器，仿真结果如下：

可以看到此时输出电压仍有较大的过冲，但很快恢复设定值稳定输出。接下来，我们再看看空载时的情况。仿真结果如下所示，可以看到最终输出电压会恢复到6V。

对于过冲问题，在实际工程中，一般会有两种解决方案。一种是使用缓启功能，即使用缓启电路或缓启程序来限制启动时刻的开关管的驱动占空比；另一种是通过环路来调节。这里我们通过环路来解决过冲问题。如下图所示，增加微分电路，加快环路对输出电压的变化响应。

满载仿真结果如下：

空载仿真结果：

可以看到，无论空载还是满载情况下，输出都没有过冲问题，但在实际运用中，解决输出过冲问题一般采用缓启电路，因为环路加入微分电路在某些负载或不同输入条件下，会发生系统震荡。

用运放替代上图的PI调节器：

仿真结果：

输出电压纹波如下图所示，可知Ur = 46mV，与设计相近。