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基于PSIM软件的BUCK仿真研究

CHANBAEK 来源:头条号小程的电源 作者:头条号小程的电源 2023-03-20 13:49 次阅读

BUCK是开关电源中的降压拓扑之一,也是最基础电源拓扑,这也是入门开关电源最好入手之处。下面我们基于PSIM软件对BUCK进行仿真研究。

1、设计要求

poYBAGQX882AN_NHAABAI1-nh6A381.jpg

2、设计BUCK在CCM模式,计算占空比:

poYBAGQX886Ae69MAAAB4hPE7Mw007.jpg

3、电感感量计算

设计电感纹波电流为输出电流的20%,则

poYBAGQX886ASPcnAAABzpy6Bds226.jpg

pYYBAGQX88-ASqMLAAADcGHpGYw504.jpg

4、电容计算

电解电容有一个RC常数约为65×10-6。

电容ESR:

pYYBAGQX89GABCjeAAACi2YlbzA284.jpg

电容容量:

poYBAGQX89KAa5fNAAADzOLU-GA590.jpg

5、根据上面计算结果,在PSIM搭建仿真模型。

首先我们研究开环情况:

pYYBAGQX89OAQd3JAAEThvrvN7c848.jpg

输出电压波形如下,可知在固定占空比下输出电压有较大的过冲,而且输出电压稍微小于设定输出电压6V。这是由于电感寄生电阻引起的。

poYBAGQX89SAXiyNAAASaVg1MGc023.jpg

如果输出空载,则输出电压会缓慢上升到输入电压大小。这就说明输出电压公式:

Vo = Vin×D

是有一定条件的,那就是工作在CCM模式。

pYYBAGQX89WAaLpiAAAP0jf3uoo817.jpg

接下来,我们在研究研究闭环情况。

poYBAGQX89eAC9g_AAGPkvRGosk533.jpg

如上图所示,加一个简单的PI调节器,仿真结果如下:

pYYBAGQX89iAKLogAAAOrk6K9dw641.jpg

可以看到此时输出电压仍有较大的过冲,但很快恢复设定值稳定输出。接下来,我们再看看空载时的情况。仿真结果如下所示,可以看到最终输出电压会恢复到6V。

poYBAGQX89mAcM1EAAAPEtp4KdY787.jpg

对于过冲问题,在实际工程中,一般会有两种解决方案。一种是使用缓启功能,即使用缓启威廉希尔官方网站 或缓启程序来限制启动时刻的开关管的驱动占空比;另一种是通过环路来调节。这里我们通过环路来解决过冲问题。如下图所示,增加微分威廉希尔官方网站 ,加快环路对输出电压的变化响应。

pYYBAGQX89qATEPvAAGsQKra6gA474.jpg

满载仿真结果如下:

pYYBAGQX89uAGo-2AAAPCNYb-Ro326.jpg

空载仿真结果:

poYBAGQX89yADo7rAAAOWnomQ2o536.jpg

可以看到,无论空载还是满载情况下,输出都没有过冲问题,但在实际运用中,解决输出过冲问题一般采用缓启威廉希尔官方网站 ,因为环路加入微分威廉希尔官方网站 在某些负载或不同输入条件下,会发生系统震荡。

用运放替代上图的PI调节器:

pYYBAGQX892AGvlAAAGuz1D9kng395.jpg

仿真结果:

poYBAGQX896AA1anAAAOkFcahQE000.jpg

输出电压纹波如下图所示,可知Ur = 46mV,与设计相近。

pYYBAGQX89-AezkRAAAiUpE_LnQ175.jpg

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