基于大功率交错并联的BUCK变换器仿真设计论文

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交错并联磁集成Buck变换器的输出本质安全研究

图１双通遭交错并联磁集成Ｂｕｋ变换器的主电路ｃ
联能减少总的输出电流纹波和输出电压纹波，集磁成技术能减少单通道的电流纹波，以将交错并联所
磁集成技术应用到传统Ｂｃｕｋ变换器中，能够有效地减小最大输出短路释放能量，好地满足本质安更全要求Ｉ。
交错并联磁集成Ｂｃｕｋ变换器输出纹波电压峰
３６Ｈ，６．Ｌ＝１２８Ｈ。８．
为使Ｂｃ取ｌ２１０｝＜＜，＝＝０ｘＬＨ。根据容性电路最小点燃电压实验曲线可知，当输出电压ｎ１＝８Ｖ时，考虑一定的安全系数＝．，＝１５则最小点燃电压ＵＩｘ８２对应的电容Ｃ＝０＝．１＝７Ｖ，５１
双通道交错并联磁集成Ｂｃｕｋ变换器在一个开
关周期内可分为四个作阶段。Ｉ
第一阶段：开关管Ｑ开通，极管Ｄ续流，二Ｑ，
Ｄ截止，电感储存能量同时电流上升，电容Ｃ充
电。第二阶段：关管Ｑ。开、截止，极管Ｄ、Ｑ二。续Ｄ
引言
应用在煤矿易燃、易爆环境中的直流电源必须具有本质安全的特性，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定爆
炸混合物【１ｌ－２随着电力电子的飞速发展，矿井下大量测量煤设备内部大量的芯片需要的供电电压等级越来越

耦合电感在交错并联断续buck变换器中的应用研究

耦合电感在交错并联断续buck变换器中的应用研究近年来，由于电子技术的发展和应用，交错并联断续buck变换器已经成为模拟电路的主流。

耦合电感是交错并联断续buck变换器中的关键部件，因此其应用也受到了广泛的重视。

本文将系统地研究耦合电感在交错并联断续buck变换器中的应用，为其正确使用提供参考。

首先，本文将介绍耦合电感在交错并联断续buck变换器中的基本原理。

耦合电感是一种能把电能从相邻两个回路转移到另一个回路的一种技术，其实电感可以有效地将相邻两个回路中的失效部分隔离开来，从而提高变换器的可靠性。

耦合电感有助于调节相邻两个回路中的电压和电流，从而提高变换器的效率。

其次，本文将详细介绍耦合电感在交错并联断续buck变换器中的使用方法。

首先，在变换器的设计中，耦合电感的容量和频率等参数需要根据具体情况进行精确设计，以保证变换器的正常工作。

另外，操作开关的负载稳定性和效率也受到耦合电感的影响，因此它们也需要适当的配置，使变换器的效率更高。

最后，耦合电感的寿命会受到频率和温度的影响，需要定期检查、维护和更换，以保证变换器的可靠性和稳定性。

最后，本文将介绍耦合电感在交错并联断续buck变换器中的应用研究。

目前国内外学者已经进行了大量的研究，主要包括：研究电感在中频变换器中的应用；提出一种全回路耦合电感变换器；研究电感在可调变流器中的应用；研究电感在小功率变换器中的应用；研究电感在微型机械变换器中的应用等等。

这些研究都是耦合电感在交错并联断续buck变换器中的有益探索，旨在提高变换器的可靠性、质量和效率。

综上所述，耦合电感是交错并联断续buck变换器中的重要组成部分，其应用可以有效提高变换器的可靠性、质量和效率。

正确的应用可以有效缩短设计周期、降低故障率并节约成本。

因此，本文提供了一种新的视角，以便更好地理解耦合电感在交错并联断续buck变换器中的作用，为其正确使用提供参考价值。

交错并联磁集成Buck变换器的本安特性分析及优化设计

非爆炸本质安全判据，根本上解决普通单通道开从２１临界电感的确定．
分析交错并联磁集成Ｂｃｕｋ变换器耦合磁件的
四种工作模态可得其稳态等效电感为：
一
关变换器的电感、电容取值不能同时兼顾电气性能
佳的防爆方法。开关电源是电子设备中非常重要的
关管，Ｄ为续流二极管，负载电阻，￡Ｄ、Ｒ为￡和：
为耦合集成磁件，Ｌ＝Ｌ。设耦合系数为ｋ且。＝，
开关管的开关周期为，导通时间为Ｔ则开关管。，
指标要求和本安特性要求的矛盾，使得本安防爆并

三
一ｚ
，＋
Ｌｑｌ
＋
ｄ，
型开关变换器的输出功率得到成倍提高。单通道Ｂｃｕｋ变换器工作于ＣＭ与ＤＭ模式ＣＣ
２交错并联磁集成Ｂｃｕｋ变换器的工作特性
Ｊｌ０１ｕｙ２３
交错并联磁集成Ｂｃｕｋ变换器的本安特性分析及优化设计
杨玉岗，李龙华
（宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛１５０）辽２１５
摘要：交错并联磁集成变换器的最大电感电流和最大输出短路释放能量进行分析计算。指出采对用交错并联磁集成电路能在更好的保证本质安全的前提下实现变换器输出功率的成倍提高。得出了交错并联磁集成Ｂｃｕｋ变换器的非爆炸性本质安全判据和使得其最大输出短路释放能量最小的最佳电感、电容设计参数。实验结果证明分析方法的可行性。关键词：本质安全；ｕｋ变换器；交错并联磁集成；小点燃放电能量；优化设计Ｂｃ最

基于Buck变换器的双环开关调节系统的设计和仿真

基于Buck变换器的双环开关调节系统的设计和仿真作者：夏伟薛勇杨杰来源：《电子世界》2013年第12期【摘要】Buck电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Vo等于占空比乘以输入电压Vin。

通常电感中的电流是否连续，取决于负载的大小，所以简单的BUCK电路输出的电压不稳定，一旦负载突变会造成严重后果。

加入闭环控制系统，输出电压经采样环节后和参考电压比较，同时在此基础上引入电流反馈，得到的误差信号送至控制器，控制器输出信号送至PWM环节和锯齿波时钟信号比较，改变占空比d即可调节开关变换器的输出电压，达到稳定电压的目的。

【关键词】Buck电路；闭环控制；PWM环节1.引言随着电力电子技术的迅速发展，高频开关电源变换器已广泛应用于计算机、电信、航空航天等领域。

其核心是电能形式的变换和控制，并通过电力电子电路实现其应用。

Buck变换器是开关电源变换器中最常见的一种，主要应用于低压大电流领域，有众多拓扑。

但简单的Buck电路输出电压不稳定且会受到负载和外部的干扰。

为了达到稳定输出电压的目的，在电压反馈的基础上引入电流反馈实现双环控制，获得较好的动态性能。

2.Buck变换电路控制系统的基本原理2.1 单闭环调节系统的设计和主电路模型具有电压控制的Buck变换器开关调节系统如图1所示，主电路为Buck变换电路[1]，控制电路采用电压负反馈。

在负反馈电路中，输出电压U经采样后与给定的参考电压U比较，得到误差信号Ue送至控制器，控制器输出信号Uc送至PWM环节，与PWM环节中的振荡器产生的锯齿波时钟信号比较，使比较器输出周期不变，脉冲宽度即占空比d受Uc调制的一系列脉冲信号，再通过驱动器将脉冲信号放大，控制变换器的功率开关器件的导通与关断。

由于电压和负载发生变化，或系统受到其他因素干扰使输出电压发生波动时，通过负反馈回路[2]可调节开关变换器的功率器件在一个开关周期内的导通时间，达到稳定输出电压的目的。

2.2 双环开关调节系统的设计为了克服单环系统在控制和环节上的延迟，在电压反馈的基础上引入电流反馈实现双环控制，可获得较好的动态性能。

BUCK电路的PID控制设计及仿真

BUCK电路的PID控制设计及仿真BUCK电路的PID控制设计⼀、实验⽬的DC/DC 变换器可将不可控的直流输⼊变为可控的直流输出，⼴泛应⽤于可调直流开关电源及直流电机驱动中. Buck 变换器是DC/DC 变换器中最具代表性的拓扑结构之⼀.在⼯程实际中， Buck变换器的控制⽅式可以开环和闭环来实现。

其中闭环控制⽅式⼜可分为PI校正，PID控制，fuzzy控制等⽅式。

本⽂⾸先会建⽴Buck 变换器的模型，然后会分别进⾏开环、PI控制器校正，PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上进⾏仿真，最后对得出的结果进⾏⽐较。

⼆、设计内容及要求U)：24V（ 20%）1、输⼊电压(iU)：12V（1%稳定度）2、输出电压(oI)：1A3、额定电流(oV≤70mV4、输出电压纹波峰-峰值ppV≤150mV 6、开关5、满载与半载之间的切换时，输出电压纹波峰-峰值pp频率(f)：⽆要求，本设计设定为20kHz三、Buck 主拓扑电路3.1开环Buck 电路图图（1）开环Buck 电路3.2 参数计算与选择（1）占空⽐ 50%o i U D U == （2）滤波电感滤波电感的选择与负载电流的变化范围及希望的⼯作状态有关，假设电路要求⼯作在电感电流连续⼯作状态，则临界电感(1)2f o s oD U L I -= 根据公式代⼊计算可得：-4s (1)(10.5)*12 1.5*102f 2*20000o o U D L H I --===此时L 值为电感电流连续与否的临界值，实际电感值可选为（2～3）倍的临界电感。

这⾥L 取4*104H 。

（3）滤波电容电容的容量，会影响输出纹波电压和超调量的⼤⼩。

在开关关断时为负载供电和减⼩输出电压的纹波，滤波电容C 的选择直接关系开关稳压电源输出中纹波电压分量o U ⼤⼩。

滤波电容C2(1)8o o U D C U Lf-= 根据纹波要求代⼊计算-42-442(1)12*0.5==1.79*1088*0.07*1.5*10*(2*10)o o U D C U Lf -= F 这⾥电容C 取7.5*104F 。

交错并联式双管正激变换器和控制电路论文

交错并联式双管正激变换器及其控制电路摘要本文主要研究了交错并联式双管正激变换器及其控制电路。

相比于其他隔离式DC/DC变换器，交错并联结构的双管正激变换器有自动实现励磁能量的回馈，结构简洁等优点。

同时，其主功率管只需承受电源电压，从而选择面更广。

此外，其并联结构缩小了输出滤波电感的体积，降低了器件的应力，从而进一步减小了损耗。

在控制电路的设计方面，考虑到电源输出电压围的可控性，本文采用电压反馈控制方式，选用UC3825型脉宽调制器。

本文列举了DC/DC变换的各种拓扑，比较了四种PWM控制模式，分析了交错并联式双管正激变换器的工作原理及其工作过程，详细推导并建立了带有电压反馈控制的双管正激变换电路的小信号模型，设计了补偿网络，给出了主电路和控制电路的工程计算。

最后，对系统进行频域、时域仿真，并给出相关分析。

关键词：双管正激变换器、电压反馈控制、小信号模型、补偿网络、仿真AbstractThis paper studies the parallel dual interleaved forward converter and its control circuit. Different to other isolated DC/DC converters, the parallel dual interleaved forward converter can feedback excitation energy automatically, also, simple structure is the one of the system’s advantages. Meanwhile, the power switches only need to work just under the main power voltage, which makes the designers have a wider range of choosing the power switches. In addition, the parallel structure reduces the volume of the output filter inductance, reducing the stress of the device, thereby, further reducing the loss. In the control circuit design, taking into account of the controllability of the range of the output voltage, we use voltage feedback control method, and chose the UC3825 voltage pulse width modulator. This article lists the DC/DC conversion of the various topologies, makes a comparison of the four PWM control modes, analyzes the parallel dual interleaved forward converter’s operating principle and working process, derives in detail and establish the small signal model, designs the compensation network, and carries out the main circuit’s and control circuit’s engineering calculation. Finally, this paper makes the system frequency and time domain simulation, and make some correlation analysis.Key words:dual forward converter, voltage feedback control, small signal model, compensation network, simulation目录摘要 (I)Abstract (I)目录.............................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1开关电源概述 (1)1.2本课题研究意义 (1)1.3隔离式DC/DC变换拓扑列举 (2)1.4反馈控制模式分类 (4)1.5本课题方案研究 (7)1.5.1功率电路选择 (7)1.5.2控制电路的选择 (8)1.6本文研究的主要容 (8)1.7本章小结 (8)第2章功率电路状态分析及其参数设置 (9)2.1功率电路结构及其工作原理分析 (9)2.1.2电路结构分析 (9)2.1.2功率电路工作原理分析 (9)2.2主电路参数设计 (14)2.2.1技术指标 (14)2.2.2功率电路变压器设计 (15)2.3.3主功率开关管的选择 (19)2.3.4二极管的选择 (19)2.3.5输出滤波电感的选择 (20)2.3.6输出滤波电容的选择 (21)2.4本章小结 (21)第3章系统建模与控制电路的设计 (22)3.1功率电路建模 (22)3.1.1小信号模型的建立 (22)3.1.2标准型等效电路的建立 (25)3.2电压控制脉宽调制器建模与系统稳态传递函数的建立 (28)3.2.1电压控制型开关调节电路原理介绍 (28)3.2.2脉宽调制器的数学模型 (28)3.2.3电压控制系统原始回路稳态传递函数的建立 (29)3.2.4补偿网络的设计 (31)3.3控制电路结构 (34)3.3.1 UC3825外围电路 (34)3.3.2主功率管驱动电路 (36)3.3.3过流保护电路 (37)3.4本章小结 (38)第4章电路仿真 (39)4.1仿真软件简介 (39)4.2系统时域仿真 (40)4.2.1时域仿真电路及其波形 (40)4.2.2时域仿真分析 (44)4.3本章小结 (45)结论 (46)参考文献 (47)致 (50)附录 (1)第1章绪论1.1 开关电源概述随着电力电子技术的飞速发展，固态化静止型功率变换电源已经发展成为电力电子技术的三大应用领域之一(另两个是“运动控制”和“电力品质控制”)。

带耦合电感的交错并联断续Buck变换器研究

摘要：Ｂｕｃｋ变换器广泛应用于飞机、火车、汽车等辅助电源系统中。通常这些场合的电源系统具有高功率、大电流的
特点，导致变换器损耗较大、效率不高，ＥＭＩ问题严重。针对这些问题，文中提出了一种带耦合电感的交错并联断续Ｂｕｃｋ变换器设计方法，首先分析了耦合系数对电流纹波和动态性能的影响，其次给出了耦合电感参数设计方法，最后进行了仿真实验研究。结果表明，通过合理的设计，耦合电感能够改善电路的稳态和动态性能，同时降低了损耗，提高了电路的效
ＥＭＩｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｐａｒａｌｌｅｌＢｕｃｋｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｓｉｓ
率。
关键词：耦合电感；交错并联Ｂｕｃｋ变换器；耦合系数；电流纹波；动态响应
ＳｔｕｄｙｏｆＩｎｔｅｒｌｏｃｋＰａｒｗｉｔｈＣｏｕｐｌｉｎｇＩｎｄｕｃｔｏｒ
ＪＩＡＹｕ￣ｐｅｎｇ，Ｉ．ＩＬｕ－ｊｕｎ２～，ＣＵＩＪｉｎｇ－ａｎ，ＭＵＺｅｎｇ — ｈａｎ（１．９３６５６ＵｎｉｔｏｆｔｈｅＰＬＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１１１４，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｉｒＦｏｒｃｅＥａｒｌｙＷａｒｎｉｎｇＡｃａｄｅｍｙ，Ｗｕｈａｎ４３００１９，Ｃｈｉｎａ；

BUCK变换器的研究与设计

BUCK变换器的研究与设计1总体分析与解决方案1.1问题的提出与简述电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。

开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。

伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。

电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。

开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。

直流斩波电路（DC Chopper）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，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。

直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。

利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等，利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。

其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。

IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。

它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。

其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。

直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块，驱动电路模块，除了上述主要模块之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电气隔离。

(完整word版)基于Buck变换器的开关电源设计【适合做课程设计】

基于Buck变换器的开关电源设计摘要一个高可靠性的电源系统需要大功率宽电压输入范围的DC/DC变换，在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，选用Buck作为系统的电路拓扑.本文介绍了Buck电路的工作原理，对整个闭环结构进行设计与研究,并附以相关电路图表示。

并选择符合规范的元器件，计算产品的成本.关键词Buck拓扑；DC/DC；开关电源;MC34063第一章概述开关电源是利用现代电子电力技术控制功率器件(MOSFET、三极管等）的导通和关断时间来稳定输出电压的一种稳压电源，具有转换效率高，体积小,重量轻，控制精度高等优点。

1。

1基本要求输入直流9V-12V,输出5V，5W；开关振荡频率40KHz。

1.2方案设计采用MOSFET作为功率转换元件,MOSFET具有压降小，输入电阻高，动态特性好等特点。

控制方案采用集成电路MC34063单路PWM控制芯片，极大简化电路设计。

第二章开关电源输入与控制部分设计2。

1 开关电源工作原理开关电源是指调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态，图2-1为工作过程。

基准电压为固定值,由于输入波动或负载变化导致输出电压减小，采样电压将减小，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大.同理,当由于输入波动或负载变化导致输入电压增大时,脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。

图2-1 开关电源原理框图2。

2 Buck 调整器的基本工作方式Buck 调整器的基本电路如图2-2所示,晶体管Q1与直流输入电压dc V 串联，通过Q1的开通与关断，在V1处产生方波电压，采用恒频占空比可调的方式（PWM),在V1出产生方波电压，Q1导通时间为on T 。

Q1导通时V1点电压为dc V ，电流通过串接的电感L0流入输出端,Q1关断时，电感L0产生反电动势，使V1点电压迅速下降到0并变负，直至被D1钳位于—0。

8V 。

假设二极管导通压降为0,则V1点电压为矩形波，该方波电压平均值为T T V on dc /。

Buck-Boost变换器的设计与仿真

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。

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1 摘要 Buck电路就是降压斩波电路，是基本的DC-DC电路之一。用于直流到直流的降压变换。随着电力电子技术在生活中的应用，Buck变换器在一些如计算机、精密仪器等高性能的 DC-DC 直流变换器中经常使用。单个Buck变换器在进行大电流输出时，器件应力的增加，会产生效率和热量等方面的诸多问题。此外，为了提高动态响应，需要去耦电容和大量的输出滤波电路，这样便会进一步增加系统的成本和体积。因此，在低电压大电流的场合进行设计时，一般不会采用单个的Buck变换器。熟悉了Buck变换器的工作原理，了解了交错并联技术的基本原理及其优点，并分析了两相交错并联 Buck 电路的工作过程，通过具体的实例说明了 Buck 变换器的设计过程，使用MATLAB仿真软件对设计的电路进行仿真印证，通过对单个Buck变换器与交错并联Buck变换器的仿真结果的比较，得出交错并联技术可以减小输出电流纹波和增大纹波频率，降低滤波电容和磁性元件的要求，提高变换器的功率密度。关键词： Buck变换器，交错并联，MATLAB 2

目录第一章概述 ............................................................................................................................... 3 第二章 Buck电路 ...................................................................................................................... 4 2.1 Buck电路原理图 ........................................................................................................ 4 2.2 Buck电路工作原理 .................................................................................................... 4 2.3 Buck电路在应用中的局限 ........................................................................................ 5 第三章交错并联 ....................................................................................................................... 6 3.1 交错并联简介 ............................................................................................................. 6 3.2 交错并联的优点 ......................................................................................................... 6 3.3 多相交错并联的Buck变换器连接方式 ................................................................... 6 第四章基于大功率交错并联的Buck变换器设计及仿真 ..................................................... 8 4.1 MATLAB简介 ........................................................................................................... 8 4.2 设计意义及目的 ......................................................................................................... 8 4.3 方案设计及仿真结果比较 ............................................................................................. 8 4.3.1 单个Buck变换器设计及仿真 .................................................................................. 9 4.3.2 两相交错并联Buck变换器设计及仿真 .................................................................. 9 4.3.3 反馈控制PWM波两相交错并联Buck变换器设计及仿真 ............................. 10 4.4 仿真过程中出现的问题及解决办法 ........................................................................... 11 第五章结语 ............................................................................................................................. 12 3

第一章概述 Buck 电路，也称Buck变换器，是最基本的拓扑结构之一。随着电力电子技术在生活中的应用，Buck变换器在一些如计算机、精密仪器等高性能的 DC-DC 直流变换器中经常使用。然而随着变换器功率等级的提高，对于器件的要求越来越高，单个的Buck变换器并不能满足要求。人们发现，让变换器并联运行，可以在不增加器件应力的同时提高功率等级。因此，在输出大电流的场合，常常使用交错并联技术，这样开关管的电流仅仅是输出电流的几分之一，而且通过交错并联，可以减小输出电流纹波和降低开关损耗，从而提高变换器效率。大功率的交错并联Buck变换器的仿真设计及分析是基于软件MATLAB来实现的，MATLAB是电力电子技术里的常用软件，在熟练运用MATLAB的基础上，完成了此次设计及仿真。 4

第二章 Buck电路 2.1 Buck电路原理图 Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 Buck 变换器又称为降压斩波电路。电路原理图如图 1 所示。它是由全控型电力电子功率器件 V(图中使用的是IGBT，也可以使用其他器件，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路)、功率二极管 VD、由滤波电感 L 和滤波电容 C 组成的二阶低通滤波环节构成。

图1 Buck变换器电路图另外，为获得 Buck 变换器电路的基本工作特性而又不能简化分析，假定该 Buck电路是理想电路，理想条件是：① 全控型电力电子开关器件 S 和功率二极管导通和关断是瞬间完成的，并且不考虑在导通时的通态压降；② 在一个开关周期内，输入直流电压ui保持不变；输出电压比较平直，忽略开关纹波，认为输出电压的平均值uo保持不变；③ 忽略电感等效串联电阻 ESL 和电容上等效电联电阻 ESR，认为其是理想的无源储能元件，忽略线路上的电阻。

2.2 Buck电路工作原理在图1中，为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带着蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示，若负载中无反电动势时，只需要令Em等于0，以下的分析及表达式均可使用。

图2 电流连续时的波形 5

图3 电流断续时的波形如图2中V的栅射电压uGE波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i0按指数曲线上升。当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u0近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串联的电感L值较大。至一个周期结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示，负载电压的平均值为 U0=tonE/(ton+toff)=tonE/T=αE (2-1)

式中，ton为 V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。由式（2-1）可知，输出到负载的电压平均U0最大为E，减小占空比α，U0随之减小，因此将该电路称为降压斩波电路。也有很多文献中直接使用其英文名称，称为Buck变换器。降压型开关变换器在开关导通和关断过程中，忽略开关变换器的暂态过程，认为开关变换器已达到了稳态。按照电感电流在一个开关周期内总是大于零，把这种工作模式称为电流连续导电模式，即 CCM 模式，其波形图如图2；电感电流在一个开关周期内有时大于零，有一段时间等于零，把这种工作模式称为电流断续导电模式，即 DCM 模式，其波形图如图3。

2.3 Buck电路在应用中的局限

随着变换器功率等级的提高，对于器件的要求越来越高，让变换器并联运行，可以在不增加器件应力的同时提高功率等级。在输出大电流的场合，常常使用交错并联技术，这样开关管的电流仅仅是输出电流的几分之一，通过交错并联可以减小输出电流纹波和降低开关损耗，从而提高变换器效率。