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Matlab—Buck电路开环仿真模型搭建

冬至子 来源:玩硬件的查理斯 作者:查理吱吱 2023-10-16 14:25 次阅读
  • Buck电路的原理

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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 *

  • 仿真模型搭建
    simulink中搭建模型,需要的模块如下,就不一一介绍,大家感兴趣的可以去熟悉一下,连好模型后我们进行最关键的参数计算( 基于整个拓扑处于CCM电流连续模式下的参数计算 ):

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  • 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

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  • 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。

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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。

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  • 仿真验证

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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