#姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)日期成績(jī)年月日實(shí)驗(yàn)三BUCK降壓變換電路仿真分析實(shí)驗(yàn)名稱：BUCK降壓變換電路仿真分析?實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆誅C-DC變換中的基本模塊BUCK降壓轉(zhuǎn)換電路的基本原理實(shí)驗(yàn)原理介紹：BUCK電路是DC-DC變換電路中的基本模塊，其主電路包括輸入電源、開關(guān)管、續(xù)流二級(jí)管以及儲(chǔ)能電感、濾波電容和負(fù)載，它們共同完成電能的轉(zhuǎn)換和傳遞。如圖2-2所示，是BUCK電路基本結(jié)構(gòu)圖，它由一個(gè)開關(guān)S,—個(gè)二級(jí)管D,以及LC低通濾波器和負(fù)載所組成。BUCK正常工作時(shí)，開關(guān)S被控制電路的控制，重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷，等效于輸入電壓為方波電壓，通過(guò)L/C濾波器的濾波作用，最終獲得近似于直流的輸出電壓U?若BUCK電路工作OUT在連續(xù)導(dǎo)通模式下，輸出電壓由輸入電壓和占空比共同決定，而與所接入的負(fù)載大小無(wú)關(guān)，因此設(shè)計(jì)相應(yīng)工作模式的電路會(huì)比較簡(jiǎn)單可靠假如BUCK電路已經(jīng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，則可以判定輸入電壓、輸出電壓、輸出負(fù)載電流以及占空比固定且不會(huì)發(fā)生變化。本節(jié)的主要工作是通過(guò)對(duì)BUCK轉(zhuǎn)換器主電路在連續(xù)工作模式下的穩(wěn)態(tài)分析，推導(dǎo)出電路間各參數(shù)的關(guān)系。BUCK連續(xù)工作模式分為兩個(gè)狀態(tài)：第一個(gè)狀態(tài)是S導(dǎo)通、D關(guān)斷；第二個(gè)狀態(tài)是S關(guān)斷、D導(dǎo)通。定義開關(guān)S導(dǎo)通狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間為/丁ON，開關(guān)管S關(guān)斷狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間為錯(cuò)誤！未找到引用源。，一個(gè)周期時(shí)間為Ts，占空比記做DTD=t^nS因?yàn)檫B續(xù)導(dǎo)通模式的每一個(gè)周期只存在兩個(gè)狀態(tài)，因此T=(1-D)xTOFFS

開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的等效電路第一個(gè)狀態(tài)：S導(dǎo)通，二極管D由于承受反向電壓而截至，等效的電路如圖所示。電感兩端的承受正向壓降，電感電流逐漸增加連續(xù)導(dǎo)通模式下的，穩(wěn)態(tài)波形如圖所示。作用于電感上的電壓直流值是恒定的，因此，電感電流呈線性增長(zhǎng)，且滿足下式diU-UL=inoutdtL則可以推出，電感紋波電流峰-峰值表達(dá)式為(U(U—U)XDXTinoutSLL3IDI1hthhhrritonofft工作于連續(xù)導(dǎo)通模式下的BUCK電路的波形第二個(gè)狀態(tài)：s關(guān)斷，等效電路如圖所示，由于流過(guò)電感的電流不能突變，電流從開關(guān)管S轉(zhuǎn)移到二極管D上。電感兩端承受反向壓降，使得續(xù)流二極管D導(dǎo)通，忽略二極管D的壓降，電感左端接地，電壓為零，而電感右端電壓仍為U，因此，開關(guān)關(guān)斷期間開關(guān)關(guān)斷時(shí)的等效電路di—UL=outdtL假設(shè)電路已經(jīng)處于穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過(guò)一個(gè)開關(guān)周期電感電流的凈增量為零，利用這點(diǎn)，來(lái)尋找任何開關(guān)變換器的穩(wěn)態(tài)條件，根據(jù)電感伏秒平衡原理對(duì)電感進(jìn)行分析有U(t)二L業(yè)ldt從0至Ut錯(cuò)誤！未找到引用源。進(jìn)行一個(gè)周期的積分，得到SiT)-i(0)=卩su(訕LSLL0L上式表示，在一個(gè)開關(guān)周期中電感電流的凈變化量正比于在這區(qū)間加在電感上的電壓在穩(wěn)態(tài)，一個(gè)開關(guān)周期的電感電流的初始值與結(jié)束值相等，顯然上式左邊等于0，因此在穩(wěn)態(tài)，電感電壓的周期積分為零T0=iTsu(t)dt0L上式右邊的單位是伏秒或磁鏈，上式表示在一個(gè)開關(guān)周期錯(cuò)誤！未找到引用源。中錯(cuò)誤！未找到引用源。波形下的總面積或凈伏秒必須為零。上式兩邊同時(shí)除以開關(guān)周期錯(cuò)誤！未找到引用源。，得到0#卩SU(t)dt=<u>T0LLS上式的右邊為錯(cuò)誤！未找到引用源。的平均值或直流成分，在上式表示在穩(wěn)態(tài)時(shí)，施加在電感上的平均電壓為零一^out廠.■rs<—DTSA電感電流包圍的面積代數(shù)和應(yīng)為零如圖，電感電壓曲線包圍的面積為九」SU-uX(1-D)XT0LinoutSoutSu平均值為L(zhǎng)<u>=-rT=(U—U)+U(1—D)LinoutDoutSU=DUoutin如圖所示，電容電流波形i(t)等于電感電流波形去掉直流部分后的交流成分。電感電C流是線性的，峰峰值是Ai,幅值為AiL。電容電壓的變化量，與電感電流的交流成分的L2正半周期間，對(duì)電容充電的總電荷q有關(guān)，根據(jù)電容關(guān)系式Q=CU，得Au

q=C-2電荷q是電容電流波形過(guò)零點(diǎn)之間的積分，積分可以表示三角形陰影區(qū)域的面積，高度為Ai￡，由于電流波形對(duì)稱，分別在DT錯(cuò)誤！未找到引用源。和錯(cuò)誤！未找到引用2S源。的子區(qū)間的中心點(diǎn)過(guò)零，因此陰影三角形的底邊大小為卩￡'錯(cuò)誤！未找到引用源…所以總電荷為AiTq=ls22可得電壓紋波峰-峰值為AiTAu=LS4C紋波電壓上式可用于給定電壓紋波是選取電容大小時(shí)參考，實(shí)際運(yùn)用中，由電容等效串聯(lián)電阻所引起的附加紋波電壓亦需考慮。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）根據(jù)原理圖調(diào)用元器件連接電路并修改參數(shù)（2）調(diào)用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波脈沖并調(diào)整輸入方波頻率，調(diào)用示波器觀察輸入輸出端波形，觀察結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1)BUCK電路原理圖(2)典型頻率點(diǎn)的輸出波形與輸出幅值函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生Vp=20v頻率為0?