电力电子技术课程设计-BUCK开关电源闭环控制的仿真研究--20V8V精选.docxVIP

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 20V/8V2016年6月指导教师：职称：讲师课题名称BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-20V/8V课题内容及指标要求课题内容：1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完成开关电路的设计2、根据设计步骤和公式，设计双极点-双零点补偿网络，完成闭环系统的设计3、采用MATLAB中simulink中simpowersystems模型库搭建开环闭环降压式变换器的仿真模型4、观察并记录系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载电流的波形指标要求：1、输入直流电压(VIN)：20V，输出电压(VO)：8V，输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV 2、负载电阻：R=0.8Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=80kHz3、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1qV，开关管导通压降VON=0.5V,滤波电容C与电解电容RC的乘积为75μΩ*F4、采用压控开关S2实现80%的额定负载的突加、突卸，负载突加突卸的脉冲信号幅值为1，周期为0.012S，占空比为2%，相位延迟0.006S进程安排第1天阅读课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法第2天根据设计原理计算相关主要元件参数以及完成BUCK开关电源系统的设计第3天熟悉MATLAB仿真软件的使用，构建系统仿真模型第4天仿真调试，记录要求测量波形第5天撰写课程设计说明书起止日期2016年6月20日-2016年6月24日 2016年6月17日目 录一、课题背景11.1课题的意义11.2 BUCK电路的工作原理11.3 BUCK开关电源的应用3二、课题设计要求3三、课题设计方案43.1系统的组成43.2主电路部分的设计43.2.1 占空比D的计算43.2.2滤波电容C的计算43.2.3滤波电感L的计算53.3 BUCK变换器闭环PID控制的参数设计53.3.1 反馈回路的设计53.3.2 闭环回路的设计63.3.3传递函数的分析63.4 BUCK变换器原始回路传函G0(s)的计算73.5 补偿环节的设计8四、BUCK变换器闭环系统的仿真114.1 Buck变换器闭环仿真电路图114.2 Buck变换器的闭环仿真结果分析14五、总结及心得体会15六、参考文献15七、附录16一、课题背景1.1课题的意义电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。1.2 BUCK电路的工作原理如图所示中V的栅射电压波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压，负载电流按指数曲线上升。t=时控制V关断，二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期过程。当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。 (1-1)图1 降压斩波电路的原理图图2 降压斩波电路电流连续和断续波形1.3 BUCK开关电源的应用直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模