在开关电源领域，BUCK 作为降压拓扑之一，是基础的电源拓扑结构，也是初学者入门开关电源的理想切入点。下面我们将基于 PSIM 软件对 BUCK 开关电源进行全面的仿真研究。
1、设计要求
在进行 BUCK 开关电源设计之前，需要明确各项设计要求，这是确保电源性能符合预期的基础。设计要求通常包括输出电压、输出电流、输入电压范围等关键参数，这些参数将直接影响后续的电路设计和元件选型。
2、设计 BUCK 在 CCM 模式，计算占空比
连续导通模式（CCM）是 BUCK 开关电源常见的工作模式之一。在 CCM 模式下，通过特定的公式可以计算出占空比。占空比是开关电源设计中的重要参数，它决定了开关管导通时间与整个开关周期的比例，对输出电压的稳定起着关键作用。
3、电感感量计算
设计电感纹波电流为输出电流的 20%，根据相关公式可以计算出电感的感量。电感在 BUCK 开关电源中起着能量存储和释放的重要作用，合适的电感感量能够保证电源的稳定运行，减少电流纹波对输出电压的影响。
4、电容计算
铝电解电容有一个 RC 常数约为 65×10 - 6。通过这个常数以及其他相关参数，可以计算出电容的等效串联电阻（ESR）和电容容量。电容在开关电源中主要用于滤波，平滑输出电压，减少电压纹波。合适的电容参数能够提高电源的输出质量。
5、根据上面计算结果，在 PSIM 搭建仿真模型
在完成各项参数计算后，我们在 PSIM 软件中搭建 BUCK 开关电源的仿真模型。首先研究开环情况。
开环情况下，输出电压波形显示，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。电感寄生电阻会消耗一部分能量，导致输出电压下降。如果输出空载，则输出电压会缓慢上升到输入电压大小。这表明输出电压公式：Vo = Vin×D 是有一定条件的，那就是工作在 CCM 模式。
接下来，研究闭环情况。
在模型中加一个简单的 PI 调节器，仿真结果显示，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。再看空载时的情况，终输出电压会恢复到 6V。
对于过冲问题，在实际工程中，一般有两种解决方案。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，增加微分电路，加快环路对输出电压的变化响应。
满载仿真和空载仿真结果显示，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 PI 调节器进行仿真，输出电压纹波结果显示，Ur = 46mV，与设计相近。
通过这次基于 PSIM 软件的 BUCK 开关电源仿真研究，我们深入了解了 BUCK 开关电源在开环和闭环情况下的工作特性，以及如何解决输出过冲等问题。这对于实际的开关电源设计和调试具有重要的指导意义。
