开关电源课程解说.docVIP

-  PAGE 1 - -  PAGE 0 - 基于PI控制方式的4A开关电源Multisim仿真研究 学院：电气与光电工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：13电单 姓名： 陈亮 学号： 目录 0 绪论 2 1 设计要求 2 2 主电路参数计算 2 2.1 电容参数计算 2 2.2 电感参数计算 3 3 补偿网络设计 5 3.1原始系统的设计 6 3.2补偿网络相关参数计算 7 4 负载突加突卸 10 4.1满载运行 11 4.2突加突卸80%负载 12 5 小结 14 参考文献 14  PAGE \* MERGEFORMAT 14  PAGE \* MERGEFORMAT 2 0 绪论 开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。 Buck变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据4A负载电流的要求，设计主功率电路。为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。 1 设计要求 技术指标： 输入直流电压(VIN)：10V； 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IN)：4A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz. 设计主电路以及校正网络，使满足以上要求。 2 主电路参数计算 主电路如图1 图1 Buck电路 2.1 电容参数计算 输出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关 通常并未直接给出，但趋于常数，约为，此处取 可得： 2.2 电感参数计算 由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程 假设：二极管D的通态压降，电感L中的电阻压降，开关管S导通压降，其中L中串联电阻。 可得： 将代入方程组可解的。 占空比: 负载电阻： 由Multisim仿真参数扫描计算 当时，输出电压纹波和输出电流纹波 当时，输出电压和电流纹波 当时，输出电压和电流纹波 3 补偿网络设计 3.1原始系统的设计 交流小信号模型中电路参数的计算如下： 占空比： 直流增益： ， 双重极点频率： 品质因数： ， 在具有双重极点的传递函数中，频率特性在极点频率附近变化非常剧烈，其中相频特性变化非常剧烈段的起始频率fa和终止频率fb，由下可以确定： 采用小信号模型分析方法得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为： 假设PWM锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻Rx=3.5kΩ，Ry=1.5kΩ。 采样网络的传递函数为： 双重极点频率: =0.581kHz 根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图所示，MATLAB的程序如下： num=[1.5e-4 2]; den=[3.72e-8 2.48e-51]; g=tf(num,den); margin(g); 3.2补偿网络相关参数计算 采用如图所示的PI补偿网络。 PI环节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。称为PI调节器。这种调节器由于引入