Matlab—Buck电路开环仿真模型搭建

• Buck电路的原理

1、当t=[0,Ton]时，PWM信号高电平MOS管导通，续流二极管D截止，向电感L充磁，向电容C充电，同时给负载供电；

2、当t=[Ton,T]时，PWM信号低电平MOS管截止，续流二极管D导通续流，电容C放电和电感L中电流下降维持负载的供电；

3、主要的性能指标有：* 输入输出电压 ， 输出的电压电流纹波 ， PWM的频率 *

• 仿真模型搭建
  在simulink中搭建模型，需要的模块如下，就不一一介绍，大家感兴趣的可以去熟悉一下，连好模型后我们进行最关键的参数计算（ 基于整个拓扑处于CCM电流连续模式下的参数计算 ）：

• 导通时占空比的计算 ：
  1、开关管导通时，由基尔霍夫电压定律有：UL = Ui - Uo
  2、开关管断开时，由基尔霍夫电压定律有：UL = - Uo
  3、对于电感“伏秒值相等的原则”有：(Ui - Uo)·D·Ts - Uo(1 - D)Ts = 0
  4、占空比D：D = Uo / Ui
• L，C的计算

1、开关管导通时，由基尔霍夫电压定律得：UL = Ui - Uo，由法拉第定律：UL / L = ΔIL / D·Ts，则电感L为：L = UL·D·Ts/ΔIL

2、电容C充电的电荷为：ΔQ = ΔIL·Ts / 8（ 分母8为电容的充放电流波形积分由来 ）， 则电容定义式： C = ΔQ/ΔUc = (ΔIL·Ts) / (8ΔUc)

3、纹波值：电路在达到平衡工作时, 在 Io 的上方为电容充电电流, 而 Io 下方为电容放电电流, 纹波积分的上限应该选择Ton/2,下限为Toff/2 ,那么

• 仿真电路的设定值

本次仿真相关参数基于理想状态下的条件；

1、开关管和二极管均为理想型器件

2、电感L足够大，使得在一个周期内电流连续，且无内阻

3、直流输出电压Uo恒定，整个电路无功耗，电路已达到稳态；

为了方便计算，就借鉴大神用Python搭建相关的程序，只需敲入仿真电路输入输出的参数就能自动计算所需的工作占空比，电感，电容的值。

代码如下，本次仿真设计的理想降压电源为输入30V-60V，最大输出15V/2A，工作频率在100KH，纹波限制在1%；下面是占空比、电感、电容值的程序运算结果。

• 仿真验证

将matlab里的各个模块按照计算好的参数进行设定，以下是仿真结果，在满载下响应速度为200uS,输出电压为14.9V，纹波0.14V,输出电压与纹波值与计算值无误。并且还发现增大负载电阻的情况下会导致响应时输出较大的震荡，我猜想也许是关于RC的Q值有关，当然这是基于开环的条件下做的基本原理仿真，并没有任何的实际参考意义，接下来我也会继续去专研一下基于PID闭环控制的电源仿真，后续再和大家分享，以上的仿真文件有需要的话也可以联系我。