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DC/DC 变换器设计 BUCK 变换器基本原理 电感电压和电流波形 LC设计—基于纹波指标 Boost族输出电容的选择 设计实例 设计计算 开关周期： Ts 1/fs 4×10-6s 4us 占空比（不考虑器件压降）：D V0/Vin D 0.733 当Vin 4.5V D 0.47 当Vin 7V 输出电流：3A 纹波电流（假定额定负载电流的5%） ΔiL 0.05 × 3 0.15A 峰值电感电流（器件峰值电流） Isw IL+ΔiL 3.15A 开关峰值电压： Vsw Vin-max 7V 设计计算 续 —输出滤波器 电感量计算： 电容量计算： 实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C的取值一般要大于该计算值（如取120uF） BUCK变换器设计 主电路参数计算及器件选择 BUCK变换器控制框图 K—因子法设计控制器 MATLAB SISOTOOL 实验验证 结论 BUCK 变换器的控制方框图 电压型控制器 电流型控制器 BUCK变换器的传递函数 关于等效串联电阻 串联等效电阻ESR的单位是毫欧（mΩ）。 通常钽电容的ESR通常都在100毫欧以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的 ESR甚至会高达数欧姆。 ESR的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度都有关系，当额定电压固定时，容量愈大 ESR愈低。 同样当容量固定时，选用高的额定电压的品种也能降低 ESR；故选用耐压高的电容确实有许多好处； 低频时ESR高，高频时ESR低； 高温也会造成ESR的升高。 实例 PSPICE仿真 时域仿真—基于传递函数 频域仿真—基于传递函数 频域特性----MATLAB 考虑到实际的开关压降？ 开环仿真结果比较—传递函数法与实际开关 闭环 BUCK变换器设计 主电路参数计算及器件选择 BUCK变换器控制框图 K—因子法设计控制器 MATLAB SISOTOOL 实验验证 结论 调节器设计要点 频率特性与稳定性？ 最大的低频增益和最小的高频增益（需要积分器） 类型1—积分器：斜率-20db/dec, -90°. 类型2----PI调节器：加入一个零点，局部斜率平坦，并且可提供90°的超前相位。 类型3----PID调节器：加入两个零点，局部斜率上翘，并且可提供180°的超前相位。 调节器类型 K--因子法 Phase Boost as a Function of K-Factor K-因子设计步骤 确定fc, 以及开环传函在fc处的增益Gb. 确定fc处的相角和相位裕量, 计算需要的相位超前量Φb. 基于 Φb,确定K值.（或借助与K-Φ曲线） 类型2: Φb tan-1 K -tan-1 1/K 类型3: Φb 2[tan-1 √K -tan-1 1/√K ] 基于k-因子确定补偿器的零、极点. 计算调节器参数 调节器的参数计算----类型1 调节器的参数计算----类型2 调节器的参数计算----类型3 积分调节器设计 类型1 确定剪切频率fc 一般取fc≈1/10f0 确定开环传函在fc处的增益,Gb. 调节器Gc s 为: 利用下式, 计算R、C 实例：积分调节器设计 类型1 PSPICE仿真电路—类型1 频率响应仿真结果—类型1 PI调节器设计—类型2 确定相位裕量 为避免寄生参数变化导致稳定性问题，最小取30°. 一般取60°。 确定剪切频率fc 确定开环传函在fc处的增益,Gb. 画出调节器的Bode曲线 从k—因子曲线计算k 计算相应的零、极点 实例：PI调节器设计 类型2 PSPICE仿真电路—类型2 频率响应仿真结果—类型2 另一种常用的PI调节器设计方法—类型2 在原点出设置一个极点，1/s, 即加一个积分环节， 来保证足够高的dc增益 第二个极点设置在ESR零点出，即fp 1/ 1+sResrC 在开环谐振频率处设置一个零点， 即fz f0 调整增益来获得合适的相位裕量（ 60?） PID调节器设计----类型3 确定相位裕量 为避免寄生参数变化导致稳定性问题，最小取30°. 一般取60°。 确定剪切频率fc 确定开环传函在fc处的增益,Gb. 画出调节器的Bode曲线 从k—因子曲线计算k 计算相应的零、极点 实例：PID调节器设计 类型3 仿真电路及时域响应 类型3 类型3频率响应 暂态响应仿真结果 类型3 BUCK变换器设计 主电路参数计算及器件选择 BUCK变换器控制框图 K—因子法设计控制器 MATLAB SISOTOOL 实验验证 结论 MATLAB SISOTOOL 设计PID控制器 Gvd的BODE图 MATLAB SISOTOOL 设计结果 基于K—因子 设计结果 单位:Hz 较大的相位裕量和剪切频率 MATLAB SISO-