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buck拓扑原理及仿真

buck基本拓扑结构:

开关管ON,电源向负载电阻提供电能,电感电流线性增加,变化率:

变化量:

开关管OFF,电感和电容中的能量继续向负载电阻提供电能,电感电流线性降低,变化率:

变化量:

平衡:

电感伏秒平衡:

推导得:

理论电感电流在CCM,DCM下波形:

开始实验分析:

一开始,电容器没有充电,电荷少,充电比功耗多。当电容器充电到一定阶段时,充电和功耗达到动态平衡,输出电压稳定,即输出电压等于输入电压乘以空比。如图所示,输入电压为100v,模拟分别占50%、25%和33%。

当占空比为P时,vin为100v,vout为50v,由此得出Vo=vin*Don

电感的大小与其电流波动范围有关。当电感越大时,电流的阻碍就越大,即电流的瞬时变化就越小。

当电感为10毫亨时iL变化如下在4.8-5.2左右跳动

当电感变成100毫亨时,iL变化如下在4.97-5.02间跳动明显减少

电感电流的变化也与开关频率有关。开关频率影响导电时间,即瞬时电感电流的大小。电感为10m亨,开关频率为5k,电感电流约为4.8-5.2之间

当开关频率变为10时k时iL在4.9-5.1之间的变化明显翻了一番。

从图分析中得到iL虽然波动,但平均值和iR是一样的,iL在ic上体现

电容越大,储存电荷的能力越强,变化越小。当电容为1万时u当电容交流电流如图所示时,输出电压也会浮动。

当电容变成2000u可以清楚地看到ic显著降低,输出电压波动也降低。

如果是开环模拟,如果电压跳转变为原来的两倍,占空比不变为50%,输出电压也会变为原来的两倍,对负载影响很大,可能会烧坏电路。此时,电路设计为闭环控制,将采样电压与我想放大的电压进行比较,即与基准电压进行比较,即使电压突变,能量输出在一开始就会增加Verro为负数,占空比减小,当平衡时,电压稳定,这样就可以保证输出电压就算有扰动时也基本无变化,可以稳定。

输出电压保持不变。此时,如果电阻突然降低,电阻电流增加,电感电流保持不变,电容器应释放能量,电容器两端电压降低,输出电压波动小。如果相反,当电阻降低,电阻电流降低,多余的电流给电容器时,电容器电压会偏移,输出电压会波动很大。如图所示,电阻分别为5R,20R输出电压的变化。

总结:

(1):控制开关的开关可以控制能量输出。开关打开时,电感电流不能突变,在一定周期内Vin-V0是固定值,变化率不变,输出电压上升。当两者达到动态平衡时,可视为输出电压恒定,即Vout=Vin*Don。

(2):电感电流有交流有直流,但他的平均值和iR同样,交流量也被电容器过滤掉,但可以通过电感电流变化公式知道。电感系数越大,纹波越小,开关频率越大,纹波越小。

(3):电容器越大,储存的电荷就越多。当同一电荷流入时,电压变化缓慢。当电容器增加时,储存能力增强,电容器电流波动减小,输出电压波动减小。

标签: buck电感电流线性变化电感ir0

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