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
2、设计BUCK在CCM模式,计算占空比: 3、电感感量计算 设计电感纹波电流为输出电流的20%,则
4、电容计算 铝电解电容有一个RC常数约为65×10-6。 电容ESR: 电容容量:
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:
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。
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。
接下来,我们在研究研究闭环情况。
如上图所示,加一个简单的PI调节器,仿真结果如下:
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。
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,即使用缓启电路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,增加微分电路,加快环路对输出电压的变化响应。
满载仿真结果如下:
空载仿真结果:
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电路,因为环路加入微分电路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:
仿真结果:
输出电压纹波如下图所示,可知Ur = 46mV,与设计相近。