V2控制的BUCK变换器.docVIP

南京航空航天大学 电气工程综合设计报告 课题名称 基于控制的BUCK变换器的研究 指导老师 毛玲 成绩 学生 姓名 刘艳 徐烨 陈兴 二〇一一年六月 分工情况 姓名 承担工作 相关章节 刘艳 ①控制的BUCK变换器研究意义、基本思想的介绍以及的总体方案设计； ②BUCK变换器的原理分析与建模，报告汇总。 第一章、 第二章 徐烨 ①控制原理介绍； ②控制补偿网络的设计。 第三章 陈兴 ①Saber电路的仿真 ②时域仿真分析 第四章 目 录 目 录 III 第一章 绪论 1 1.1课题研究的目的和意义 1 1.2课题的方案研究 1 1.3 论文的主要研究内容 1 1.4 课题的基本思路、总体框图 2 1.5 本章小结 2 第二章 Buck变换器的原理分析与建模 2 2.1 概述 2 2.1.1 电路结构 2 2.2.工作模态分析及相关理论推导 3 2.3 Buck功率级模型的建立 4 2.3.1 Buck变换器大信号模型的建立 4 2.3.2 Buck变换器的小信号模型的建立 4 2.4 主功率电路的参数设计 5 2.4.1设计指标 5 2.4.2 主电路参数计算 6 2.5 本章小结 6 第3章 V2控制环路设计 7 3.1 V2控制原理介绍 7 3.2 CCM模式V2控制Buck变换器的模型和传递函数 8 3.2.1 V2控制Buck变换器的控制环路小信号模型建立 8 3.2.2 V2控制Buck变换器稳态传递函数的建立 9 3.3 V2控制的补偿网络的设计 12 3.4 V2控制的变换器特性分析 15 第四章 电路仿真 17 4.1 V2控制频域仿真 17 4.2 V2控制的时域仿真 19 4.2.1 时域仿真电路和仿真波形 19 4.2.2 时域仿真分析 22 结 论 22 参考文献 23 致 谢 1 附 录 1 第一章 绪论 1.1课题研究的目的和意义 本课题所设计的直流变换器可用在简单的单片机系统中，为大多数单片机提供5V的稳定电压，快速的瞬态响应性能为单片机系统的主频的提高扩大了空间，也可用于VR模块中使其能够用于嵌入式系统中。而且成本低，结构简单，所用元器件少。在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。V2控制方法如图1.3采用双环控制，快速的内环控制系统的瞬态响应速度，慢速的外环负责优化DC控制精度。传统的V2控制方法采用输出电压纹波作为内反馈环的控制信号，大大提高了变换器对负载突变的响应速度。V2 控制方法由于内环采用反馈输出电压的纹波，因而与电流型控制方法一样，抗干扰能力差。当占空比d大于50% 时，也会产生次谐波振荡，所以也要使用斜坡补偿。 1.3 论文的主要研究内容 本论文第一章中叙述本课题研究的背景、目的、意义及方案研究。第二章推导Buck变换器功率级模型和稳态的传递函数。第三章从本课题设计V2控制方案目标入手，设计其中的控制电路。第四章尝试对第三章所建立的控制电路尝试闭环仿真运用计算机软件对电路进行仿真，从仿真软件的对比到仿真电路的绘制实现了Buck电路控制回路的设计。最后第五章总结了全文。 1.4 课题的基本思路、总体框图 1、课题的总体框图 (1)V2的总体框图如图1.5.1。 本设计利用的直流输入为15V，输出为5V，V2控制策略产生PWM的电路是通过RS触发器的S端在每个时钟周期将触发器置1，通过驱动电路将开关管打开。 1.5 本章小结 本章主要阐述了本课题研究的来源、目的、意义、发展现状以及课题的基本思路和总体框图，对本课题进行了总体介绍。 第二章 Buck变换器的原理分析与建模 2.1 概述 尽管Buck变换器是非线性电路，但它运行于某一稳态工作点附近的动态特性时，仍然可以将其近似当作线性电路来处理。 2.1.1 电路结构 Buck变换器电路拓扑如图2.1.1所示，其中S为功率开关管，Vin为输入直流电压， C1和与其并联的二极管为功率开关管的的寄生元件，，L为滤波电感，C为滤波电容，由L和C组成的低通滤波器，RL为负载电阻，二极管D为续流二极管。 2.2.工作模态分析及相关理论推导 在负载较轻时，会出现电流断续模式(DCM)，由于工作状态比较负载，所以在分析时做出如下假设： 1）电路工作于电流连续模式(CCM)； 2）开关寄生电容为常量，不随电压变化； 3）所有开关管和二极管都是理想的； 4）滤波电容C足够大，在一个开关周期中端电压保持不变； Buck变换器在CCM模式下一个开关周期中，可分为两个工作模态，如图2.2.2 (a)~(b)。 工作模态1为开关功率管导通时，电路的工作状态，而工作模态2为开关功率管截止时，电感电流通过