Buck 电路-详细-标准化模型-v1

案例介绍

Buck 电路是一种常见的降压型直流-直流（DC-DC）转换器，用于将高电压输入转换为较低电压输出。它在电子设备中起着重要的作用，如电源适配器、稳压器等。其核心工作原理是在开关元件高速导通与关断之间切换，通过电感储能与电容滤波，实现输出电压的小纹波和快响应。

电气主拓扑 Buck 电路详细模型由主电路拓扑、电压电流双闭环控制组成。 主电路拓扑由以下核心元件组成：

控制电路用于监测和调整 Buck 电路的输出电压。它根据反馈信号来控制 IGBT 的开关频率和占空比，以确保输出电压稳定。本案例采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略,兼顾稳态精度与动态性能。

电压外环：将采样得到的输出电压与给定的参考电压进行比较，得到的偏差经过 PI (比例-积分) 控制器，其输出作为电流内环的参考信号。电压外环的主要作用是确保输出电压的稳定和精确。
电流内环：将采样得到的电感电流与电压环输出的电流参考值进行比较，偏差经过另一个 PI 控制器，其输出信号经过与三角载波信号比较，生成最终驱动 IGBT 的开关信号。电流内环响应速度快，可以实现对电感电流的精确控制，从而提高系统的动态响应速度和稳定性。

设置初始参考电压参考是为 400V，在 5s 时，参考电压跳变至 200V，验证双闭环控制策略下，Buck 电路的启动性能和稳态调节能力，仿真参数设置如下表：

参数名称	数值	参数名称	数值
输入电压	700 V	电压环 Ki	0.01
载波频率	10kHz	电流环 Kp	5
电感	0.005H	电流环 Ki	500
输出电容	100 μF	仿真步长	5μs
电阻	1Ω	仿真时长	10s
电压环 Kp	5

系统启动后，输出电压快速上升至 400V，调节时间约 0.3s，5s 时刻电压参考值从 400V 跳变至 200V 后，输出电压快速跟踪，电压跳变响应时间小于 0.2s，表现出良好的动态跟踪性能，无超调、无振荡，系统稳定性良好。

在 5s 时刻，负载电流从 400A 平滑过渡至 200A，电流变化与电压变化完全同步，说明电流内环控制有效，电流跳变过程无冲击或振荡现象。

电压纹波波形规整，无异常尖峰或噪声；电压纹波率约 0.25%，满足工业应用要求。

局部放大的电流波形呈现典型的三角波形状，这正是电感电流在开关周期内线性充电和放电的特征；纹波率约 0.875%，处于合理范围。这个纹波电流被输出电容平滑，最终形成了前面分析的微小电压纹波。