课程设计-基于PI控制方式的8A开关电源MATLAB仿真研究.docVIP

基于PI控制方式的8A开关电源MATLAB 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 1 绪论 Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。然而其输出电压纹波较大，buck电路系统的抗干扰能力也不强。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。 2 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)：8A； 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。 3 主电路参数计算 主电路如图1 3.1 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： 取 取 3.2 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： 其中L中串联电阻 可得： 由matlab仿真，得图2，可知当取时，电感电流在7A-8.8A之间脉动，符合的要求 4 补偿网络设计 4.1 原始回路增益函数 采用小信号模型分析方法可得buck变换器原始回路增益函数 假设：PWM锯齿波幅值 采样电阻； 则采样网络传递函数 可得 极点频率 零点频率 原始函数增益为 - 相位裕度：40.3° 穿越频率：1.47e3Hz 根据要求相位裕度应达到50°-55° 穿越频率提升到（即10kHz-20kHz） 均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。 4.2 PI补偿网络设计 PI补偿网络的传递函数通常以为超前校正网络的传递函数近似代替，超前校正网络的传递函数为： 假设：期望的相位裕度； 穿越频率 为了提高系统穿越频率，则需要在其幅值下降前抬高它的下降速度为-20db/s，才能提高其穿越频率。 因此令：补偿网络零点频率 补偿网络极点频率 则： 公式求得补偿网络增益： 可得： 在不忽略电容等效电阻的情况下，系统低频段多出一个零点，抑制了相位裕度的范围，只使用单一的PI调节难以做到既满足相位裕度，又满足幅值穿越频率。因此这里暂时忽略电容等效电阻带来的影响。整个系统的传递函数如下： 相位裕度：50° 穿越频率：1.5e4Hz 因此可知，经过校正，系统满足了要求指标 采用脉冲控制理想开关的通断，观察系统突加突卸能力（负载扰动）： 由于忽略了电容等效电阻，使得输出电压纹波极小，小于50mv，满足要求。 系统在突加突卸80%负载的时候，电压约有0.2V的波动，恢复时间约为200μs，效果并不很好。 观察系统电源突加突卸能力（电源扰动）： 5 小结 通过本次作业，学习了MATLAB的使用，在BUCK电路上进行一系列仿真等。从一开始得知作业，有很多不会的方面，比如最后扰动和抗干扰方面很难进行下去。经过一个多星期的努力，并学习，最终慢慢的完成了本次作业。 从一开始的失败，让我体会到了自己的不足，知道了还有很多的不会。但通过学习知道了要结合上课的知识和实际的情况。让我在以后工作中能更好的融入，收获很大。 参考文献 [1]许泽刚，李俊生，郭建江.基于电力电子的虚拟综合实验设计与实践[J].电气电子教学学报.2008 [2]胡寿松.自动控制原理[M].5版.科学出版社.2008 [3]王中鲜，赵魁，徐建东.MATLAB建模与仿真应用教程[M].2版.机械工业出版社.2014 [4]魏艳君，李向丽，张迪.电力电子电路仿真：MATLAB和PSpice应用[M].机械工业出版社.2012 [5]张卫平等.开关变换器的建模与控制[M].北京:中国电力出版社,2006.01. [6]万山明,吴芳.开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计[J]. 电源技术应用,2004,7(3):142-145. [7]杨旭等.开关电源技术[M].北京:机械工业出版社,2004.03. [8]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，1999:176～184. [9]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2002:258～263. [10]周志敏.周纪海.开关电源实用技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003:15～17. [11] 张兰红.基于电流控制技术反激式变换器研究[J].南京：南京航空航天大学，2001:68～75. [12]张崇巍，张兴. PWM 整流器及其控制[M].北京：机械工业出版社，2003:325～328. 图1