PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。

2024-03-14

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

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第1张

  2、设计BUCK在CCM模式,计算占空比: PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第2张   3、电感感量计算 设计电感纹波电流为输出电流的20%,则 PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第3张

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第4张

  4、电容计算 铝电解电容有一个RC常数约为65×10-6。 电容ESR: PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第5张 电容容量:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第6张

  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:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第7张

  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。

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第8张

  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。

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第9张

  接下来,我们在研究研究闭环情况。

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第10张

  如上图所示,加一个简单的PI调节器,仿真结果如下:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第11张

  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。

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第12张

  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。

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第13张

  满载仿真结果如下:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第14张

  空载仿真结果:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第15张

  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:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第16张

  仿真结果:

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第17张

  输出电压纹波如下图所示,可知Ur = 46mV,与设计相近。

PSIM软件下的BUCK开关电源仿真研究,简洁高效,吸引您深入了解。 (https://ic.work/) 电源管理 第18张

 

文章推荐

相关推荐