Buck变换器仿真设计报告

Buck变换器仿真设计报告

1 设计要求

输入电压：30-60VDC（额定48V） 输出性能： –Vout 24VDC –Vout(p-p) <25mV –Iout 2A

–Iout =0.1A时，电感电流临界连续。 其他性能：

–开关频率 200kHz

2 变换器设计

2.1 电路组成

2.2 主电路参数设计

(1) 占空比

Dmax Dmin Dnom

VoutVinminVoutVinmaxVoutVinnom

243024602448

0.8 0.4 0.5

(2) 滤波电感

0.1A时电感电流临界连续。

IL T

UL Lmin(CCM

)

UL IL

Tmax

24 0.2

(1 0.4) 5 360 H

(3) 滤波电容

取Vout(p p) 12.5mV。

ESR

V I

0.250.2

0.125

6

C

f

ESR 65 10

Cf

65 100.125

6

520 10

6

F

取C

f

560 F。

(4) 负载

对于阻性负载有RL

UoIo

。由于Iout=0.1A时，电感电流临界连续。在额定电压、额定占空比

下Iout=2A，可求得额定RL 12 ，断续时负载值RL 240 。

2.3 闭环反馈设计

(1) 确定开环传递函数

G(s)

Vin(1 sESR Cf)LfCfs

2

LfRL

48(1 70 100.2 10

6

6

s)

6

s 1

s 30 10s 1

(2) 增加检测及调制环节

H(s)

2.512

VM 2

T(s) Gc(s)

1VM

G(s)H(s) Gc(s)

596G(s)

(3) 选择补偿环节

Gc(s)

1 sR2C1

sR1(C1 C2)(1 sR2C2)

1

lag 90 tan

fz fp

12 R2C1

12 R2C2

K tan

1

1K

(4) 确定补偿环节参数

① 截止频率取1/5fs，即fc=40kHz。

T(s) Gc(s)

596

1VM

G(s)H(s) Gc(s)

596G(s)

G(fc) 48.7dB Gc(fc) 48.7dB

R2R1

272

取R1=1kΩ，R2=270kΩ。

② 选定K=fc/fz=fp/fc。取K=4。

③ 因此fz=10kHz，得C1=58.95pF，取C1=56pF；fp=160kHz，得C2=3.68pF，取

C2=3.6pF。

3 仿真与分析

3.1 理想器件开环仿真

输入电源用48V理想直流源，开关管用理想MOSFET和额定占空比0.5。续流二极管采用理想二极管。滤波电感、电容均采用理论值。 1) 电路组成

2) 额定功率下仿真结果

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23.64V，纹波为20.88mV；输出电流平均值为1.97A，纹波为1.74mA。基本达到设计要求，有略微偏小的原因可能为线路中的压降。

3) 电流临界连续情形

上图为负载240Ω时滤波电感电流波形，可知电流变化为0.0126A~0.1829A，电流即将断续，符合设计要求。

3.2 闭环设计与仿真

1) 实际器件电应力

开关管的工作频率为200kHz，承受最大应力为60V，选取功率管irf460。续流二极管的工作频率为200kHz，承受最大反向电压为60V，选取二极管esm244_300。 2) 闭环设计

采用滞后校正环节。

3) 额定功率下仿真结果

上图为输入30~60VDC时，输出电压的波形。如图可见，虽然输入电压有变化范围，但是输出电压恒定，实现闭环控制。

上图为稳定时输出电流、电压波形。如图可知，输出电压平均值为24.0V，纹波为24.17mV；输出电流平均值为2.0A，纹波为2.013mA，达到设计要求。