Buck变换器仿真解析

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。

目录1 Buck变换器技术........................................................................................................................... - 1 -1.1 Buck变换器基本工作原理............................................................................................... - 1 -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。

buck电路仿真微分方程Buck电路是一种常见的DC-DC转换电路，常用于降压变换。

它的基本原理是通过开关管的开关动作，使电感储能并输出电能。

本文将从微分方程的角度来分析和仿真Buck电路。

我们需要建立Buck电路的微分方程模型。

假设开关频率为f，开关周期为T=1/f。

在一个开关周期内，我们可以分为两个状态：导通状态和关断状态。

在导通状态下，开关管处于导通状态，电感L储能；在关断状态下，开关管处于关断状态，电感L释放储能。

在导通状态下，根据基尔霍夫定律可以得到以下微分方程：\[L\frac{{di_L}}{{dt}} + V_{in} - V_{out} = 0\]其中，L为电感的感值，di_L/dt为电感电流的变化率，V_in为输入电压，V_out为输出电压。

在关断状态下，由于开关管处于关断状态，电感L的电流变化为：\[L\frac{{di_L}}{{dt}} + V_{out} = 0\]根据电路的工作原理，我们可以得到导通状态和关断状态的时间比例为D和1-D，其中D为占空比，即导通时间与一个开关周期的比值。

综合上述两个状态，我们可以得到完整的微分方程模型：\[L\frac{{di_L}}{{dt}} + V_{in}(1-D) - V_{out}D = 0\]为了进行仿真，我们需要给定一些参数值。

假设输入电压V_in为12V，输出电压V_out为5V，电感感值L为10mH，占空比D为0.5。

代入上述微分方程，我们可以得到如下仿真结果：在导通状态下，电感电流随时间线性增长，直到达到峰值。

在关断状态下，电感电流线性下降，直到下一个开关周期开始。

通过仿真结果，我们可以得到Buck电路的各个参数值。

例如，在导通状态下，电感电流峰值为0.3A；在关断状态下，电感电流下降到0A。

根据这些参数值，我们可以进一步计算Buck电路的平均输出电流、输出功率等。

除了上述的微分方程仿真，我们还可以仿真Buck电路的开关管电流、开关管功率等参数。

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。

Buck电路的闭环设计及仿真分析一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电源转换技术已成为现代电子设备不可或缺的一部分。

其中，Buck电路作为一种基本的直流-直流（DC-DC）转换器，因其结构简单、效率高、调节范围宽等优点，在电子设备中得到了广泛应用。

然而，为了确保Buck电路在各种环境和负载条件下的稳定性和高效性，闭环设计显得尤为重要。

本文旨在探讨Buck电路的闭环设计方法，并通过仿真分析验证设计的有效性。

文章首先简要介绍了Buck电路的基本原理和应用背景，然后重点阐述了闭环设计的重要性及常用方法。

在闭环设计部分，文章详细分析了反馈网络的选取、控制策略的制定以及功率级和控制级的协同工作等问题。

同时，结合具体的设计实例，阐述了闭环设计在实际应用中的具体实现过程。

为了验证设计的有效性，文章采用了仿真分析的方法。

通过搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对设计的Buck闭环电路进行了全面的仿真分析。

仿真结果证明了闭环设计的有效性，同时也为实际电路的制作和调试提供了重要参考。

文章对闭环设计的Buck电路进行了总结，并指出了未来研究方向和潜在的应用前景。

通过本文的研究，旨在为从事电源转换技术研究和应用的工程师和学者提供有益的参考和启示。

二、Buck电路的基本原理Buck电路，也称为降压转换器，是一种基本的直流-直流（DC-DC）转换电路，其主要功能是将较高的直流电压降低到所需的较低直流电压。

其名称来源于电路中开关元件（如MOSFET或晶体管）的操作，类似于"bucking"（减少或抑制）输入电压。

Buck电路的基本构成包括一个开关（通常是MOSFET），一个电感（或称为线圈），一个二极管（也称为整流器或续流二极管），以及一个输出电容器。

在开关打开时，电流通过电感从输入源流向输出，此时电感储存能量。

当开关关闭时，电感释放其储存的能量，通过二极管向输出电容器和负载供电。

Buck电路的工作原理基于电感的电压-电流关系。

1 概述直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。

Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。

本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。

RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。

与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。

开关管也采用PWM 控制方式。

Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。

因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。

图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。

（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。

图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。

电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。

BUCK-BOOST转换器仿真分析摘要：本课题利用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法，建立连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的线性模型，实现非线性向线性模型的转化，得到由控制到输出的传递函数；在此基础上利用Matlab工具对不同补偿网路的频域特性进行仿真，并对仿真结果进行分析。

关键词：BUCK/BOOST ；DC/DC转换器；MA TLAB仿真；频域特性BUCK-BOOST CONVERTER SIMULA TION ANAL YSISAbstract: This project uses the inductor voltage and capacitor current average approximate average approximation method, build a continuous mode (CCM), under voltage-controlled BUCK / BOOST structure DC / DC converter linear model, to achieve non-linear transformation to the linear model obtained from the control to output transfer function; on the basis of compensation for the use of Matlab tools for different networks frequency domain simulation, and analysis of simulation results.Keywords: BUCK / BOOST; DC / DC converter; MA TLAB simulation; frequency domain中图分类号：TM712 文献标识：B 文章编号：0 引言开关电源转换器是现代电路理论的重要研究对象。

Buck变换器近远端反馈的仿真分析与应用高速超大规模集成电路中，负载具有工作电压较低、电流较大、各种工作状态相互转换时对应的电流变化率较高等特点[1]。

在实际电源中，常应用的降压型（Buck型）电压变换器，具有结构简单、转换效率高等优点。

当出现输入电压变化、负载扰动等情况时，会引起负载端的电压波动，严重的结果是电路功能异常。

为了维持负载两端电压的稳定，在供电模块中引入电压负反馈，通过反馈闭环控制占空比，实时调节电压变换器的输出电压[2]。

电压侦测的反馈位置靠近变换器输出端或负载端，对应近端和远端反馈两种模式。

由于存在传输路径阻抗，不同反馈模式负载端的实际电压和动态响应也会不同。

对于反馈模式的选择，此前采用经验的方法，依据电源转换方案和参数预估，选择Buck型变换器的反馈模式，这种方法没有综合考虑传输路径阻抗、芯片对供电电压容忍度等因素。

本文通过对传输路径阻抗和芯片电压容忍度等因素进行分析，结合不同反馈模式下系统静态和动态响应的仿真结果，评价近端和远端反馈的效果，作为指导电路反馈模式选择的方法。

1 Buck型变换器的近远端反馈设计1.1 Buck型变换器的原理Buck型变换器的基本原理如图1所示。

PWM信号分别控制两个MOS管的开关，当MOS开关管VT1导通、VT2关断时，输入电压U I经过电感L，向电容C充电，同时也给负载R L供电；当MOS开关管VT1关断、VT2导通时，输入电压U I和输出电路断开，VT2导通续流，电路依靠存储在电感L和电容C中的能量向负载R L供电[3]。

图1的电源监测采用电压负反馈模式，以达到稳定反馈位置电压的目的。

反馈点电压U O经过电阻网络R1、R2分压，反馈到控制器IC的F B端。

在控制器(IC)内部，误差放大器(EA)比较反馈电压和基准电压U REF，输出作用到PWM控制信号，调节VT1、VT2的导通时间，改变输出端电压，以补偿电压的波动，保证实际供电电压正常。

在低电压、大电流的情况下，这种措施的效果更加显著[4]。