BUCK电路的Saber仿真解读.docx

功率变换器计算机仿真与设计 题 目 BUCK 变换器电路设计 学生姓名学 号 学 院 专 业 班 级 指导教师 电气工程及自动化 2013 年 10 月 20 日 南京航空航天大学 南京航空航天大学 - PAGE - PAGE 1 - 一、设计要求 1.1 设计指标： 设计一个 BUCK 直流变换器，主电路拓扑如图 1.1（参数需重新设置），使得其满足以下性能要求： 高压侧蓄电池输入电压 V ：30-60V(额定电压 48V) in 低压侧直流母线输出电压 V ：24V 输出电压纹波 V out ：25mV out（p-p） 输出电流 I ：2A out 开关频率 f ：200kHz s 电感电流临界连续时 I ：0.1A G ds d s 360u so 48 a e e d s i lu p 10u _ v 图 1.1 二、开环参数计算及仿真 主电路参数计算： 高压侧输入电压 V in V 变化范围为 30-60V，低压侧输出电压 V out 24 为 24V，则占空比： D max ? out V ? ? 0.8 30 in min V 24 D ???out ? ? 0.4 min V 60 in max V 24 D ???out ? ? 0.5 nom V 48 innom I V 由于输出电流 out 为 2A，故负载电阻： R ? out ? 12? I out 根据电感电流临界连续时 I ：0.1A，可由下式计算得滤波电感感值： G ?I L ?T  ? U ? L o  min(CCM ) ? Uo 2I  T OFF max ? ? 24 ? (1 ? 0.4) ? 5? ? 360?H ? 0.2 o min 根据输出电压纹波 V 为 25mV，可由下式计算得滤波电容容值： out（p-p） 1 T 1 1 T I  0.2 V ? ? 2 idt ??I ? C ???ripple ? ? 5uF out ( p? p) C 0 C 2 2 o 8V out ( p? p) f 8 ? 25 ?10?3 ? 200 ?103 取C ? 10? F ，其中开关频率 f 为 200KHZ。 f 在实际器件中，电容存在寄生电阻，因此实际器件仿真时，电容的选取如下： ?V ? ?I ? ESR ? 0.2 ? 65 ?10?6 C ,而?V ppmax ? 25mV C ? 520uF , 取C ? 600uF , ESR ? 125m? min 开关管及二极管应力计算： 开关管的选取 功率管承受的最大电压为 60V，流过开关管电流最大值为 2A，开关管电压电流降额系数均为 0.5，则开关管电压要大于或等于 120V，电流最大值要大于 4A。粗略以最大占空比计算电流的有效值为 3.2A，则最大功率为 384W，取 400W。根据仿真,可选 irf460 作为开关管。 二极管的选取 1 ? D二极管电压应力 60V，二极管电流有效值为： 1 ? D D out ? 1.5A 。二极管耐压降额系 数为 0.6、电流降额系数为 0.5，则二极管耐压要大于或等于 100V，电流有效值要大于或等于 3A。根据仿真，可选 d1n3880 作为二极管。 开环仿真结果： 理想元器件开环仿真结果： 电路图： ds d s 360u so 48 a e e d s i lu p 10u _ v 图 2.1 理想元器件开环主电路图 额定功率下仿真结果： 图 2.2 输出电压波形 上图为输入 48VDC，额定功率下输出电流、电压波形。如图可知，输出电压平均值为23.75V，纹波为 11.11mV；输出电流平均值为 1.979A，纹波为 0.167A。基本达到设计要求。 电流临界连续情况： 图 2.3 输出电压纹波与电感电流纹波波形 上图为负载 240Ω时滤波电感电流波形，可知电流变化为 0.025A~0.188A，电流基本临界连续，符合设计要求。 实际元器件开环仿真结果： 电路图如下： 图 2.4 开环仿真电路图 上图中，输入电压用额定 48VDC，其他器件用所设计的参数，其中占空比为 0.5。1、CCM 仿真波形： 输出电压波形和输出电感电流波形，如图 2.5 南京航空航天大学 南京航空航天大学 - PAGE - PAGE 5 - 图 2.5 输出电压波形和输出电感电流波形 从图中可以看出，其输出是稳定的，但是开始时电压和电流的冲击很大，具体值见上图的测量。 2、输出电压和输出电流纹波波形，如图 2.6 图 2.6 输出电压和输出电流纹波波形 如上图，测量其输出电压的峰峰值为 20.66mV，小于 25mV，满足设计要求。其中输出电压的纹波为三角形，估计是由于其寄