使用LTspice仿真BUCK电源
ltspice仿真buck电源要做dcdc很关键的一点就是理解电感是怎么回事,咱们先从电感的定义看.
电感的公式如下所示:
式1
看到当时间越长,当vl是一定的时候,随着时间的变长,则l上的电流il越大,我们使用ltspice进行一个简单的仿真,验证结论是否正确.图1展示了仿真结果.
图1:电感电流仿真结果
我们还知道,电感电流是不能突变的,所以照理来说改变电感的感值,当感值越大,电感电流 的斜率越低,我们也仿真看看.见图2.
图2:1h电感的仿真结果
看结果符合我们预期,我们也大概明白电感是怎么一回事,于是我们拿电感构建一个buck电路.这里我们用到了switch组件.来替代开关mos如图3所示.
图3:基本buck电路
图4:仿真结果
看图4,当vg打开时候s1上面有个带斜坡的方波这个斜坡是怎么来的呢?我们调出电感l1的电流波形如图5所示.
图5:电流波形
电感电流的最小值等于斜坡电流的最小值,电感电流的最大值等于斜坡电流的最大值,但s1中不仅包含了斜坡部分,还有一部分方波部分,这个方波部分就是电感的连续电流.如果我们把负载调低,则可能只剩下斜坡部分.
图6:负载等于100ohm时s1的电流波形
仿真结果也符合我们预期,知道了s1的波形怎么回事,咱们在看看续流二极管上的波形.如图7所示
图7:续流二极管电流波形(负载100ohm)
当vg关闭时候续流二极管的电流开始上升,然后缓慢下降最终没有,到下一个波形在重复,打开l1的电流波形如图8所示,刚好就是电感电流的负半周
图8:电感与续流二极管波形
为什么说他是续流二极管,我们知道电感的电流波形不能突变,当s1打开时s1的电流先通过电感再到负载再到地.如图9所示.
图9:s1 打开时候电感电流路径
那当s1要关闭时候电感电流还是要朝着vout的方向流,这可咋办,于是电感电流继续朝vout流于是变成这样.
图10:s1关闭时候电感电流路径
通过以上,咱们大概熟悉电感是怎么一回事,咱们都知道电容是通交流隔直流,那么选不同的电容对输出有什么影响呢?咱们先把电感电流搞连续来测试电容对输出的影响.
图11:基本测试电路
测试代码:
给电容加点小小的esr,将电容的esr改成1ohm以后看看仿真结果如图12所示.
图12:1ohm esr的仿真结果
发现esr一增加输出的纹波显著上升,看到纹波的峰值和谷值和△il刚好相对应,其实就是△il*esr 就≈纹波电压.为了改善纹波我们也可以增大电感量,咱们将电感设置成470uh看看纹波电压如何变化.一下子从300多mv的纹波降低到了70多mv的纹波如下图13所示.
图13:增加电感到470uh纹波电压
为啥加大电感能让纹波降低?回头看看公式1.当导通时间不变,电感大了那电感的上升斜率就变缓了,下降斜率也缓了,在这个周期里高低变化的幅度只有这么多.
所以除了改变电感大小,咱们也可以改变开关频率,来降低纹波咱们把开关频率从100k提升到333khz设置如图14所示.并且把电感改回100uh此时纹波如图15所示降低到了100mv左右.刚好是3.3倍左右.
图14:v2设置
图15:开关频率等于333khz时纹波电压
测试代码:
说到这,buck怎么回事大概有个概念,那今天就先聊到这里,拜拜~
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图2:1h电感的仿真结果
看结果符合我们预期,我们也大概明白电感是怎么一回事,于是我们拿电感构建一个buck电路.这里我们用到了switch组件.来替代开关mos如图3所示.
图3:基本buck电路
图4:仿真结果
看图4,当vg打开时候s1上面有个带斜坡的方波这个斜坡是怎么来的呢?我们调出电感l1的电流波形如图5所示.
图5:电流波形
电感电流的最小值等于斜坡电流的最小值,电感电流的最大值等于斜坡电流的最大值,但s1中不仅包含了斜坡部分,还有一部分方波部分,这个方波部分就是电感的连续电流.如果我们把负载调低,则可能只剩下斜坡部分.
图6:负载等于100ohm时s1的电流波形
仿真结果也符合我们预期,知道了s1的波形怎么回事,咱们在看看续流二极管上的波形.如图7所示
图7:续流二极管电流波形(负载100ohm)
当vg关闭时候续流二极管的电流开始上升,然后缓慢下降最终没有,到下一个波形在重复,打开l1的电流波形如图8所示,刚好就是电感电流的负半周
图8:电感与续流二极管波形
为什么说他是续流二极管,我们知道电感的电流波形不能突变,当s1打开时s1的电流先通过电感再到负载再到地.如图9所示.
图9:s1 打开时候电感电流路径
那当s1要关闭时候电感电流还是要朝着vout的方向流,这可咋办,于是电感电流继续朝vout流于是变成这样.
图10:s1关闭时候电感电流路径
通过以上,咱们大概熟悉电感是怎么一回事,咱们都知道电容是通交流隔直流,那么选不同的电容对输出有什么影响呢?咱们先把电感电流搞连续来测试电容对输出的影响.
图11:基本测试电路
测试代码:
给电容加点小小的esr,将电容的esr改成1ohm以后看看仿真结果如图12所示.
图12:1ohm esr的仿真结果
发现esr一增加输出的纹波显著上升,看到纹波的峰值和谷值和△il刚好相对应,其实就是△il*esr 就≈纹波电压.为了改善纹波我们也可以增大电感量,咱们将电感设置成470uh看看纹波电压如何变化.一下子从300多mv的纹波降低到了70多mv的纹波如下图13所示.
图13:增加电感到470uh纹波电压
为啥加大电感能让纹波降低?回头看看公式1.当导通时间不变,电感大了那电感的上升斜率就变缓了,下降斜率也缓了,在这个周期里高低变化的幅度只有这么多.
所以除了改变电感大小,咱们也可以改变开关频率,来降低纹波咱们把开关频率从100k提升到333khz设置如图14所示.并且把电感改回100uh此时纹波如图15所示降低到了100mv左右.刚好是3.3倍左右.
图14:v2设置
图15:开关频率等于333khz时纹波电压
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