BUCK是開關(guān)電源中的降壓拓?fù)渲唬彩亲罨A(chǔ)電源拓?fù)洌@也是入門開關(guān)電源最好入手之處。下面我們基于PSIM軟件對(duì)BUCK進(jìn)行仿真研究。

1、設(shè)計(jì)要求

2、設(shè)計(jì)BUCK在CCM模式，計(jì)算占空比：

3、電感感量計(jì)算

設(shè)計(jì)電感紋波電流為輸出電流的20%，則

4、電容計(jì)算

鋁電解電容有一個(gè)RC常數(shù)約為65×10-6。

電容ESR:

電容容量：

5、根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果，在PSIM搭建仿真模型。

首先我們研究開環(huán)情況：

輸出電壓波形如下，可知在固定占空比下輸出電壓有較大的過沖，而且輸出電壓稍微小于設(shè)定輸出電壓6V。這是由于電感寄生電阻引起的。

如果輸出空載，則輸出電壓會(huì)緩慢上升到輸入電壓大小。這就說明輸出電壓公式：

Vo = Vin×D

是有一定條件的，那就是工作在CCM模式。

接下來，我們?cè)谘芯垦芯块]環(huán)情況。

如上圖所示，加一個(gè)簡(jiǎn)單的PI調(diào)節(jié)器，仿真結(jié)果如下：

可以看到此時(shí)輸出電壓仍有較大的過沖，但很快恢復(fù)設(shè)定值穩(wěn)定輸出。接下來，我們?cè)倏纯纯蛰d時(shí)的情況。仿真結(jié)果如下所示，可以看到最終輸出電壓會(huì)恢復(fù)到6V。

對(duì)于過沖問題，在實(shí)際工程中，一般會(huì)有兩種解決方案。一種是使用緩啟功能，即使用緩啟電路或緩啟程序來限制啟動(dòng)時(shí)刻的開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)占空比；另一種是通過環(huán)路來調(diào)節(jié)。這里我們通過環(huán)路來解決過沖問題。如下圖所示，增加微分電路，加快環(huán)路對(duì)輸出電壓的變化響應(yīng)。

滿載仿真結(jié)果如下：

空載仿真結(jié)果：

可以看到，無論空載還是滿載情況下，輸出都沒有過沖問題，但在實(shí)際運(yùn)用中，解決輸出過沖問題一般采用緩啟電路，因?yàn)榄h(huán)路加入微分電路在某些負(fù)載或不同輸入條件下，會(huì)發(fā)生系統(tǒng)震蕩。

用運(yùn)放替代上圖的PI調(diào)節(jié)器：

仿真結(jié)果：

輸出電壓紋波如下圖所示，可知Ur = 46mV，與設(shè)計(jì)相近。