- Buck电路的原理
1、当t=[0,Ton]时,PWM信号高电平MOS管导通,续流二极管D截止,向电感L充磁,向电容C充电,同时给负载供电;
2、当t=[Ton,T]时,PWM信号低电平MOS管截止,续流二极管D导通续流,电容C放电和电感L中电流下降维持负载的供电;
3、主要的性能指标有:* 输入输出电压 , 输出的电压电流纹波 , PWM的频率 *
- 导通时占空比的计算 :
1、开关管导通时,由基尔霍夫电压定律有:UL = Ui - Uo
2、开关管断开时,由基尔霍夫电压定律有:UL = - Uo
3、对于电感“伏秒值相等的原则”有:(Ui - Uo)·D·Ts - Uo(1 - D)Ts = 0
4、占空比D:D = Uo / Ui - L,C的计算
1、开关管导通时,由基尔霍夫电压定律得:UL = Ui - Uo,由法拉第定律:UL / L = ΔIL / D·Ts,则电感L为:L = UL·D·Ts/ΔIL
2、电容C充电的电荷为:ΔQ = ΔIL·Ts / 8( 分母8为电容的充放电流波形积分由来 ), 则电容定义式: C = ΔQ/ΔUc = (ΔIL·Ts) / (8ΔUc)
3、纹波值:电路在达到平衡工作时, 在 Io 的上方为电容充电电流, 而 Io 下方为电容放电电流, 纹波积分的上限应该选择Ton/2,下限为Toff/2 ,那么
- 仿真电路的设定值
本次仿真相关参数基于理想状态下的条件;
1、开关管和二极管均为理想型器件
2、电感L足够大,使得在一个周期内电流连续,且无内阻
3、直流输出电压Uo恒定,整个电路无功耗,电路已达到稳态;
为了方便计算,就借鉴大神用Python搭建相关的程序,只需敲入仿真电路输入输出的参数就能自动计算所需的工作占空比,电感,电容的值。
代码如下,本次仿真设计的理想降压电源为输入30V-60V,最大输出15V/2A,工作频率在100KH,纹波限制在1%;下面是占空比、电感、电容值的程序运算结果。
- 仿真验证
将matlab里的各个模块按照计算好的参数进行设定,以下是仿真结果,在满载下响应速度为200uS,输出电压为14.9V,纹波0.14V,输出电压与纹波值与计算值无误。并且还发现增大负载电阻的情况下会导致响应时输出较大的震荡,我猜想也许是关于RC的Q值有关,当然这是基于开环的条件下做的基本原理仿真,并没有任何的实际参考意义,接下来我也会继续去专研一下基于PID闭环控制的电源仿真,后续再和大家分享,以上的仿真文件有需要的话也可以联系我。
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