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Buck 变换器的建模与仿真(一)Buck 变换器的性能指标带有反馈控制回路Buck 变换器的电路图如图（1-1）所示，我们假定其工作在CCM 方式。
其基本电路参数为： 输入电压g V =2030V 输出电压V =12V 输出纹波125mV （1%）电压跌落250mV （最大，2003out I mA A =） 开关频率s f =100kHz 最大输出电流4A输入电流最大纹波0.4A(峰峰值)图（1-1）带有反馈控制回路的直流斩波电路（二）Buck 变换器参数的选择 1. 滤波电感0L 的选择 由diu Ldt=得 6.max 0.max ()(3012)410180H 0.14in out on out V V T dt L u di I μδ--⨯-⨯⨯====⨯⨯这里我们取0L 为180H μ 最大负载时的峰值电流为.max .max 40.054 4.22peak out out I I I A δ=+=+⨯=2. 滤波电容0C 的选择 由dui cdt=得 其向量形式为I j cU ω=I jcUω=所以需要穿越频率的带宽为2outc out outI f C V π∆=∆如果假定穿越频率为10kHz250892.8out c out V mZ m I ∆===Ω∆ 原则上为了留有设计裕量，电阻的阻抗按13计算阻抗选取 根据上面计算结果，我们可以在Rubycon 公司的ZL 系列，16V 中选取以下规格：C=330F μ,760C rms I mA =@105A C =︒ ,72ESR low R m =Ω@20A T C =︒ ,220ESR low R m =Ω@10A T C =-︒电容ESR 的阻抗应小于输出电容在穿越频率处的阻抗11482 6.2810330c out m f C k π==Ω⨯⨯86c Z m ≤==Ω设计余量不足，我们重新选ZL 系列中C=1000F μ，同样的过程，我们可以得出满足条件。
编号XXXX大学毕业设计题目高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：XX大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：年月日（学号）：高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真摘要便携式电子产品的广泛应用，推动了开关电源技术的迅速发展。
因为开关电源具有体积小、重量轻以及功率密度和输出效率高等诸多优点，己经逐渐取代了传统的线性电源，随之成为电源芯片中的主流产品。
随着开关电源技术应用领域的扩大，对开关电源的要求也日益提高，高效率、高可靠性以及高功率密度成为趋势，这就对开关电源芯片设计提出了新的挑战。
本文首先概述了现有开关电源设计技术及其发展趋势，接着介绍了BUCK变换器的电路结构、工作原理及控制原理。
最后进行了芯片系统的仿真研究，其中首先介绍了所选芯片的性能特点及其经典电路图，然后利用LTSPICE进行了仿真验证。
装备应用与研'♦Zhu/ngbei Yingyong yu YanjiuBuck变换器的建模与仿真施媛媛蒋伟周世豪王一林(扬州大学电气与能源动力工程学院，江苏扬州225127)摘要:Buck变换器作为DC/DC变换器中最为典型的拓扑结构，引申发展出了很多种类的变换器。
对Buck变换器进行建模与仿真，有利于更好地研究其他种类的DC/DC变换器。
利用小信号分析法计算电路的传递函数,并利用LTspice验证理论计算的传递函数，最终釆用type-3型PI控制器，对电路进行闭环控制。
关键词：Buck变换器;传递函数；闭控制0引言学的发展，现代电力电了大发展，其中Buck变换器DC/DC变换器中最为典型的拓扑结构，引申发展出了很多种类的变换器，对Buck变换器进行建模与仿真，有利于更好地研究其他种类的DC/DC变换器。
1电压控制型Buck变换器完整的Buck变换器包括功率电路以及控制电路部分，单电Buck变换器模型1°Buck变换器的功率电路部分电S#电$(电生电％)、电容C(电电阻Q以电R组成，计数1。
电控制和电控制变换器的控制，于电控制，电控制更，用Buck变换器中能电路。
采用电控制，对输出电采闭，采出电，出电与，PI器生成调制，PWM制控制信号&来控制S的表1设计参数输入电压％/V 输出电压！/V电电电阻%1/m"电C/^F电电r*/m"电开关频率yi/kHz穿越频率"kHz361422016100150 1.54722Buck变换器建模2.1主电路建模为了更好地计控制部分PI调节器的数，需先分析主电路的传递函数，主电路传递函数的建立一有均法法[1]°一周T内，对电路中的电压以电:用数作为控源数:电路的大信号数电路:并小信号:建小信号模型。
以用小信号分析法对出电的传递函数传递函数以出阻抗传递函数，并在LTspice 中建电路，进行仿真验证。
Buck_Boost变换器的设计及仿真Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。
这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。
它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。
在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。
Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。
电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。
可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。
开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。
振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。
通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。
为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。
输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。
负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。
输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。
接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。
由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。
可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。
最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。
可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。
此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。
这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。
Buck-Boost变化器是一种功能强大的电路，可以改变输入电压并生成预期的输出电压水平。
本文介绍了其设计原理和仿真过程，为设计者提供了宝贵的参考。
未来的研究将会探究更多的变换器类型，继续提高电路的性能和功效。
题目：Vg 1.5VQ135mΩ100uH100uFR5ΩV D0.5V图1 buck—boost 变换器电路图一、开关模型的建模与仿真图2 buck-boost 变换器的开关模型占空比由0.806变化到0.7的电感电流波形占空比由0.806变化到0.7的电容电压波形图3 buck —boost 变换器的开关模型的仿真二、 大信号模型与仿真1、 开关导通时：Vg 1.5VR on35m ΩV-图4 开关导通时的工作状态此时，电感电压和电容电流方程:(t)v (t)v (t)(t)(t)(t)(t)L g on c di L i R dtdv v i C dt R ⎧==-⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩2、 开关断开时：100uH100uFVi c+-0.5Vi图5 开关断开时的工作状态此时，电感电压和电容电流方程：(t)v (t)(t)(t)(t)(t)(t)L D cdi L V v dtdv v i C i dt R ⎧==--⎪⎪⎨⎪==-⎪⎩3、平均方程电源电压、电感电流、电容电压变化的不大均为低频信号，则(t)(t)g g v v = ;(t)(t)i i =；v(t)v(t)=又因为：(t)v (t)L d i L dt= (t)(t)c d v i Cdt= 则有,电感电压平均方程：()()'v (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)L g on D i R V v =---电容电流平均方程：''(t)(t)(t)(t)d(t)()d (t)((t))=d (t)(t)c v v v i i R R R=-+--+ 输入电流平均方程:g (t)d(t)(t)i i =4、大信号模型：()()''g (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)d (t)(t)=d (t)(t)(t)d(t)(t)g on D d i L i R V v dt v v C i dt R i i ⎧=---⎪⎪⎪-+⎨⎪⎪=⎪⎩由方程可得到三个等效电路：-+-+-+g (t)i v (t)g (t)v D (t)i 'D (t)i d (t)v Cdt(t)d i Ldt'(0.5D )VonDR '(t)D v v (t)g D 图6buck-boost 变换器的大信号模型的等效电路大信号模型的仿真电路：图7 大信号模型仿真电路图大信号模型的仿真波形：电感电流随占空比变化的波形电容电压随占空比变化的波形图8 大信号模型仿真波形图三、 小信号模型假设，gv (t)=V +v (t)d(t)=D+d(t)(t)=(t)v(t)=V+v(t)(t)=(t)g g g g g i I i i I i ΛΛΛΛΛ⎧⎪⎪⎪⎪⎨+⎪⎪⎪⎪+⎩ 且各变量的扰动值远小于其稳态值。
Buck-boost变换器建模及仿真Buck-boost 变换器建模及仿真1、Buck-boost 变换器平均开关模型利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为，二极管的前向导通压降为0.8v 。
gV )(t v图1 Buck-boost 变换器电路图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有、、和四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入变量表示出来。
在此，我们选择和作为输入变量。
接下来我们要求出这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。
)(1t v s dT sT (1i sdT s)(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v图2 开关网络电压电流的曲线图根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值：（1）（2）（3）（4）由式（3）与（4）得（5）将公式（1）与（5）代入（3）中得（6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子：（7）由（1）与（2）得（8）])([)()(')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12(2vD(2t i ss s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=>s +><+><+>=<><由式（7）（8）可以得到开关网络的平均开关模型，如图3所示：图3 平均开关模型把图1中的开关网络用图3所示的平均开关模型代替可得到图4所示的Buck-boost 变换器的开关模型电路。
DCDC Buck Boost变换器设计与仿真工具DCDC Buck Boost变换器是一种常用的电源装置，可以通过调整输入电压来实现输出电压的升降。
其设计和仿真是电力电子学领域的重要内容之一。
本文将介绍如何进行DCDC Buck Boost变换器的设计，并提供一些常用的仿真工具。
一、设计要点在进行DCDC Buck Boost变换器设计时，需要考虑以下几个要点：1. 输入输出电压范围：根据具体应用需求确定输入输出电压范围。
2. 输入输出电流：根据负载需求和电源供应能力，确定输入输出电流。
3. 效率和稳定性：设计时要考虑提高效率和保持稳定性的方法，如合适的开关频率选择和控制策略。
4. 尺寸和散热：根据实际应用场景和功率需求，确定合适的尺寸和散热方案。
二、设计流程DCDC Buck Boost变换器的设计流程可以分为以下几个步骤：1. 确定输入输出电压范围和电流要求。
2. 选择合适的开关器件：根据电流和功率需求选择合适的开关管、二极管和电感器件。
3. 设计输出滤波电容：根据电流纹波和稳定性要求，确定输出滤波电容。
4. 选择控制策略：可选择常规控制、脉宽调制（PWM）控制或者其他一些先进的控制策略。
5. 进行电路图设计：使用相应的电路设计软件进行电路图设计。
6. 进行仿真：将设计好的电路图导入仿真软件，进行电路仿真。
7. 优化设计：根据仿真结果进行设计修改和参数优化。
8. PCB设计与制造：根据最终设计结果进行PCB板的设计和制造。
9. 组件选择和电路组装：根据设计规格书选择合适的元器件，并进行电路组装。
三、仿真工具在DCDC Buck Boost变换器的设计过程中，使用合适的仿真工具可以帮助我们更好地理解和优化电路，提高设计效率。
以下是一些常用的仿真工具：1. LTspice：LTspice是一款功能强大且免费的电路仿真软件，可以对DCDC Buck Boost变换器进行电路仿真，并进行性能评估和参数优化。
DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件DC-DC Buck变换器是一种常见的电力转换器，可以将输入电压降低到较低的输出电压。
设计和仿真优化这种变换器通常是电力电子工程师的重要任务。
本文将介绍一种用于DC-DC Buck变换器设计和仿真优化的软件。
1. 软件简介DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件是一种专业的电力电子设计工具，旨在帮助工程师快速、准确地设计和优化Buck变换器。
该软件具有直观易用的界面，包括设计和仿真功能，能够满足不同设计需求。
2. 设计功能该软件提供了全面的设计功能，使工程师能够轻松选择合适的元器件和参数，并生成符合要求的变换器设计。
以下是软件的主要设计功能：2.1 输入参数设置工程师可以在软件中设置输入电压、输出电压、负载电流等参数。
根据这些参数，软件将自动计算出所需的元器件数值。
2.2 元器件选择软件提供了广泛的元器件库，工程师可以根据设计要求选择合适的电感、电容、开关管等元器件。
软件还会根据元器件的性能参数提供实时反馈。
2.3 转换器参数计算软件可以自动计算出转换器的工作频率、占空比、电流波动等参数。
这些参数对于最终电路的性能至关重要。
2.4 效率分析软件可以根据输入参数和元器件参数，预测Buck变换器的效率。
这有助于工程师评估设计方案的可行性。
3. 仿真优化功能除了设计功能，DCDC Buck变换器设计与仿真优化软件还提供了强大的仿真和优化功能。
以下是软件的主要仿真优化功能：3.1 仿真模型建立工程师可以在软件中建立完整的Buck变换器电路模型，并设置各个元器件的参数。
软件支持自定义模型和建模语言。
3.2 波形分析软件可以对Buck变换器的输入电压和输出电压进行波形分析。
工程师可以通过波形图观察电路的工作状态，识别潜在问题。
3.3 效果评估软件可以根据仿真结果评估Buck变换器的性能。
工程师可以通过功率损耗、电压波动等指标来评估设计方案。
3.4 优化算法软件提供了多种优化算法，可以根据设计要求和约束条件自动化地调整元器件的数值。
MATLAB仿真技术作业题目：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。
实验电路图：Iob=10V/10R=1A10kHz :L=1.875mH C=10mF D=25%电压波形实际值：稳态电压：V0=9.375V 稳态直流纹波电压△V0=38mV理论值：稳态电压：V0=10V 稳态直流纹波电压△V0=50mV误差：V0误差=(10-9.375)/10=6.25%△V0误差=(50-38)/50=24%电流波形实际电流波动值：△I=0.407A理论电流波动值：△I=0.4A误差率=（0.4-0.407）/0.4=-1.75%D=50% 稳态直流电压V0=19.5V 改变L=0.1875mH D=25%电感电流波形直流电压波形稳态直流电压值V0=13.05V 误差率=(13.05-10)/10=30.5%与同一占空比下电流连续时的直流电压值进行比较误差=(13.05-9.375)=3.675V 稳态直流纹波电压△V0=0.5V理论稳态直流纹波电压△V0=0.005V误差=0.5-0.005=0.495V50kHz :L=2.5mH C=5uF D=25% Lmin=75uH直流电压波形实际值：稳态电压：V0=9.375V 稳态直流纹波电压△V0=0.024V理论值：稳态电压：V0=10V 稳态直流纹波电压△V0=0.05V误差：V0误差率=(10-9.375)/10=6.25%△V0误差率=（0.05-0.024）/0.05=52%电流波形实际电流波动值：△I=0.062A理论电流波动值：△I=0.06A误差率=(0.062-0.06)/0.06=3.33%D=50% 稳态直流电压V0=19.508V电压波形。
S a b e r仿真作业Buck变换器的设计与仿真目录1 Buck变换器技术 .......................................................................................................................... -2 -1.1 Buck变换器基本工作原理 ................................................................................................. - 2 -1.2 Buck变换器工作模态分析 ................................................................................................. - 2 -1.3 Buck变化器外特性 ............................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计................................................................................................................... - 5 -2.1 Buck变换器性能指标......................................................................................................... - 5 -2.2 Buck变换器主电路设计..................................................................................................... - 5 -2.2.1 占空比D .................................................................................................................. - 5 -2.2.2 滤波电感Lf.............................................................................................................. - 5 -2.2.3 滤波电容Cf ............................................................................................................. - 6 -2.2.4 开关管Q的选取...................................................................................................... - 7 -2.2.5 续流二极管D的选取 .............................................................................................. - 7 -3 Buck变换器开环仿真................................................................................................................... - 7 -3.1 Buck变换器仿真参数及指标.............................................................................................. - 7 -3.2 Buck变换器开环仿真结果及分析 ...................................................................................... - 8 -4 Buck变换器闭环控制的参数设计................................................................................................. - 9 -4.1 闭环控制原理..................................................................................................................... - 9 -4.2 Buck变换器的闭环电路参数设计 .................................................................................... - 10 -4.2.1 Gvd(s)的传递函数分析 .......................................................................................... - 10 -4.2.2 补偿环节Gc(s)的设计........................................................................................... - 12 -4.2.3 补偿环节参数设计................................................................................................. - 14 -5 Buck变换器闭环仿真................................................................................................................. - 18 -5.1 Buck变换器闭环仿真参数及指标 .................................................................................... - 18 -5.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图 .................................................................................... - 19 -5.3 Buck变换器的闭环仿真结果与分析................................................................................. - 19 -6 总结 ........................................................................................................................................... - 21 -1 Buck 变换器技术1.1 Buck 变换器基本工作原理Buck 电路是由一个功率晶体管开关Q 与负载串联构成的，其电路如图1.1。
驱动信号ub 周期地控制功率晶体管Q 的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压uo 等于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。
电路的主要工作波形如图1.2。
VinUo+-图1.1 Buck 变换器电路Li图1.2 Buck 变换器的主要工作波形1.2 Buck 变换器工作模态分析在分析Buck 变换器之前，做出以下假设： ① 开关管Q 、二极管D 均为理想器件； ② 电感、电容均为理想元件； ③电感电流连续；④ 当电路进入稳态工作时，可以认为输出电压为常数。
在一个开关周期中，变换器有2种开关模态，其等效电路如图1.3所示，各开关模态的工作情况描述如下：（1）开关模态0[t0~t1][t0~t1]对应图1.3（a)。
在t0时刻，开关管Q 恰好开通，二极管D 截止。
此时：dtdiLU U o i =- （式1-1） 电感中的电流线性上升，式1-1可写成：onon on omin omax o i T iL T i i LU U ∆=-=- （式1-2）（2）开关模态1[t1~t2][t1~t2]对应图1.3（b)。
在t1时刻，开关管Q 恰好关断，二极管D 导通。
此时：dtdiLU 0o =- （式1-3） 电感中的电流线性下降，式1-3可写成：offoff off omin omax off omax omin o T iL T i i L T i i LU ∆=-=--= （式1-4）式中Toff 为开关管Q 的关断时间。
在稳态时，i i i on off ∆=∆=∆，联解式1-2与式1-4可得：i o DU U = （式1-5）输出电流平均值：)i i 21I omin omax o +=（ （式1-6）1.3 Buck 变化器外特性在恒定占空比下，变化器的输出电压与输出电流的关系Uo=f(io)称为变换器的外特性。
式1-5表示了电感电流连续时变换器的外特性，输出电压与负载电流无关。
当负载电流减小时，可能出现电感电流断续现象。
图1.4为电感电流断续时电流波形图。
由式1-2与式1-4可知，当输入电压和输出电压一定时，i ∆为常数。
由式1-6可见，当负载电流减少到0i omin =时，i i omax ∆=，此时最小负载电流omin I ，即为电感临界连续电流G I ：2ii 21I I omax omin G ∆=== （式1-7）由式1-2及式1-5得i ∆，带入式1-7得：)D 1(D L2TU I i G -=（式1-8） 由上式可见，临界连续电流与占空度的关系为二次函数，当D=1/2时，临界连续电流达到最大值：L8TU I i Gm ax =（式1-9） 当电感电流断续时，即在Toff 结束前续流二极管的电流已下降到0，此时输出的平均电流为：)T i T i 21T 1I 'off 'off on on o ∆+∆⨯=（ （式1-10） 式中，'off T 为开关管关断后电感电流持续的时间，并且：'offo 'off ono i on T U L1i T )U U L 1i ）（（-=∆-=∆ （式1-11） 稳态时，'off on i i ∆=∆，由式1-11得：on ooi 'off T U U U T -=（式1-12） 将式1-11及式1-12带入式1-10得：ooi 2Gmax o U U U D 4I /I -= （式1-13） 即： ）2Gmax o i o D I 4/(I 11U /U +=（式1-14）图1.4 电感电流断续时电流波形可见在电流断续区，输出电压与输入电压之比不仅与占空比有关，而且与负载电流有关。
