Matlab—Buck電路開環仿真模型搭建

• Buck電路的原理

1、當t=[0,Ton]時，PWM信號高電平MOS管導通，續流二極管D截止，向電感L充磁，向電容C充電，同時給負載供電；

2、當t=[Ton,T]時，PWM信號低電平MOS管截止，續流二極管D導通續流，電容C放電和電感L中電流下降維持負載的供電；

3、主要的性能指標有：* 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，連好模型后我們進行最關鍵的參數計算（ 基于整個拓撲處于CCM電流連續模式下的參數計算 ）：

• 導通時占空比的計算 ：
  1、開關管導通時，由基爾霍夫電壓定律有：UL = Ui - Uo
  2、開關管斷開時，由基爾霍夫電壓定律有：UL = - Uo
  3、對于電感“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的計算

1、開關管導通時，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 ）， 則電容定義式： C = ΔQ/ΔUc = (ΔIL·Ts) / (8ΔUc)

3、紋波值：電路在達到平衡工作時, 在 Io 的上方為電容充電電流, 而 Io 下方為電容放電電流, 紋波積分的上限應該選擇Ton/2,下限為Toff/2 ,那么

• 仿真電路的設定值

本次仿真相關參數基于理想狀態下的條件；

1、開關管和二極管均為理想型器件

2、電感L足夠大，使得在一個周期內電流連續，且無內阻

3、直流輸出電壓Uo恒定，整個電路無功耗，電路已達到穩態；

為了方便計算，就借鑒大神用Python搭建相關的程序，只需敲入仿真電路輸入輸出的參數就能自動計算所需的工作占空比，電感，電容的值。

代碼如下，本次仿真設計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、電容值的程序運算結果。

• 仿真驗證

將matlab里的各個模塊按照計算好的參數進行設定，以下是仿真結果，在滿載下響應速度為200uS,輸出電壓為14.9V，紋波0.14V,輸出電壓與紋波值與計算值無誤。并且還發現增大負載電阻的情況下會導致響應時輸出較大的震蕩，我猜想也許是關于RC的Q值有關，當然這是基于開環的條件下做的基本原理仿真，并沒有任何的實際參考意義，接下來我也會繼續去專研一下基于PID閉環控制的電源仿真，后續再和大家分享，以上的仿真文件有需要的話也可以聯系我。