Matlab—Buck電路開(kāi)環(huán)仿真模型搭建

• Buck電路的原理

1、當(dāng)t=[0,Ton]時(shí)，PWM信號(hào)高電平MOS管導(dǎo)通，續(xù)流二極管D截止，向電感L充磁，向電容C充電，同時(shí)給負(fù)載供電；

2、當(dāng)t=[Ton,T]時(shí)，PWM信號(hào)低電平MOS管截止，續(xù)流二極管D導(dǎo)通續(xù)流，電容C放電和電感L中電流下降維持負(fù)載的供電；

3、主要的性能指標(biāo)有：* 輸入輸出電壓 ， 輸出的電壓電流紋波 ， PWM的頻率 *

• 仿真模型搭建
  在simulink中搭建模型，需要的模塊如下，就不一一介紹，大家感興趣的可以去熟悉一下，連好模型后我們進(jìn)行最關(guān)鍵的參數(shù)計(jì)算（ 基于整個(gè)拓?fù)涮幱贑CM電流連續(xù)模式下的參數(shù)計(jì)算 ）：

• 導(dǎo)通時(shí)占空比的計(jì)算 ：
  1、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，由基爾霍夫電壓定律有：UL = Ui - Uo
  2、開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，由基爾霍夫電壓定律有：UL = - Uo
  3、對(duì)于電感“伏秒值相等的原則”有：(Ui - Uo)·D·Ts - Uo(1 - D)Ts = 0
  4、占空比D：D = Uo / Ui
• L，C的計(jì)算

1、開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，由基爾霍夫電壓定律得：UL = Ui - Uo，由法拉第定律：UL / L = ΔIL / D·Ts，則電感L為：L = UL·D·Ts/ΔIL

2、電容C充電的電荷為：ΔQ = ΔIL·Ts / 8（ 分母8為電容的充放電流波形積分由來(lái) ）， 則電容定義式： C = ΔQ/ΔUc = (ΔIL·Ts) / (8ΔUc)

3、紋波值：電路在達(dá)到平衡工作時(shí), 在 Io 的上方為電容充電電流, 而 Io 下方為電容放電電流, 紋波積分的上限應(yīng)該選擇Ton/2,下限為T(mén)off/2 ,那么

• 仿真電路的設(shè)定值

本次仿真相關(guān)參數(shù)基于理想狀態(tài)下的條件；

1、開(kāi)關(guān)管和二極管均為理想型器件

2、電感L足夠大，使得在一個(gè)周期內(nèi)電流連續(xù)，且無(wú)內(nèi)阻

3、直流輸出電壓Uo恒定，整個(gè)電路無(wú)功耗，電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)；

為了方便計(jì)算，就借鑒大神用Python搭建相關(guān)的程序，只需敲入仿真電路輸入輸出的參數(shù)就能自動(dòng)計(jì)算所需的工作占空比，電感，電容的值。

代碼如下，本次仿真設(shè)計(jì)的理想降壓電源為輸入30V-60V，最大輸出15V/2A，工作頻率在100KH，紋波限制在1%；下面是占空比、電感、電容值的程序運(yùn)算結(jié)果。

• 仿真驗(yàn)證

將matlab里的各個(gè)模塊按照計(jì)算好的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以下是仿真結(jié)果，在滿(mǎn)載下響應(yīng)速度為200uS,輸出電壓為14.9V，紋波0.14V,輸出電壓與紋波值與計(jì)算值無(wú)誤。并且還發(fā)現(xiàn)增大負(fù)載電阻的情況下會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)輸出較大的震蕩，我猜想也許是關(guān)于RC的Q值有關(guān)，當(dāng)然這是基于開(kāi)環(huán)的條件下做的基本原理仿真，并沒(méi)有任何的實(shí)際參考意義，接下來(lái)我也會(huì)繼續(xù)去專(zhuān)研一下基于PID閉環(huán)控制的電源仿真，后續(xù)再和大家分享，以上的仿真文件有需要的話(huà)也可以聯(lián)系我。