题目Buck电路的设计与仿真.docx
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2022-11-26
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题目：Buck 电路的设计与仿真
1、Buck 电路设计：
设计一降压变换器，输入电压为 20V，输出电压 5V，要求纹波电压为输出电压的 0.5％，
负载电阻 10 欧姆，求工作频率分别为10kHz 和 50kHz 时所需的电感、电容。比较说明不同
开关频率下，无源器件的选择。
解：（1）工作频率为 10kHz 时，
A.主开关管可使用 MOSFET，开关频率为 10kHz；
B.输入 20V，输出 5V，可确定占空比 Dc=25%；
C.根据如下公式选择电感
(1 D )R
(1 0.25)10
1
L
T
3.7510
4 H
c
2
2
10000
c
s
这个值是电感电流连续与否的临界值，L> 则电感电流连续，实际电感值可选为 1.2
L
c
4.510 H
；
倍的临界电感，可选择为
4
D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值
U (1 D )
5(1 0.25)
1
C
T
c
= 4.1710
0
2
4 F
8LU
8 4.510 0.0055 10000
s
4
2
0
（2）工作频率为 50kHz 时，
A.主开关管可使用 MOSFET，开关频率为 50kHz；
B.输入 20V，输出 5V，可确定占空比 Dc=25%；
C.根据如下公式选择电感
(1 D )R
(1 0.25)10
1
L
T
0.7510
4 H
c
2
2
50000
c
s
这个值是电感电流连续与否的临界值，L>Lc 则电感电流连续，实际电感值可选为 1.2
0.910 H
；
倍的临界电感，可选择为
4
D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值
U (1 D )
5 (1 0.25)
1
C
T
c
=0.83310
0
2
4 F
8LU
8 0.910 0.0055 50000
s
4
2
0
分析：
在其他条件不变的情况下，若开关频率提高 n 倍，则电感值减小为 1/n，电容值也减小
到 1/n。从上面推导中也得出这个结论。
2、Buck 电路仿真：
利用 simpowersystems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为 20V 的
直流电压源，开关管选 MOSFET 模块(参数默认)，用 Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关
管。分别做两种开关频率下的仿真。
（一）开关频率为 10Hz 时；
(1)使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流
纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。
由第一步理论计算得占空比 Dc=25%；
实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为 4.299V）：
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