电力电子技术课程设计-BUCK开关电源闭环控制的仿真研究--55V-22V精选.docxVIP

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课 程 设 计 说 明 书 课程设计名称： 电力电子 题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 55V/ 22V课题名称BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-55V/22V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)：55V，输出电压(VO)：22V，输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV 2、负载电阻：R=2Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=60kHz3、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，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日目录第一章 电力电子设计目的及设计要求11.1电力电子设计目的11.2电力电子设计要求1第二章 电力电子设计过程22.1 BUCK变换器原理和开关电源应用22.2 电容等效电阻Rc和滤波电感C的计算32.3 滤波电感L的计算32.4 闭环系统的设计42.4.1 闭环系统结构图42.4.2 Buck变换器原始回路传递函数的计算52.4.3补偿器的传递函数设计62.5 闭环系统仿真92.5.1 Buck变换器闭环仿真参数及指标92.5.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图92.5.3 Buck变换器的闭环仿真结果与分析10第三章 总结11参考文12附录13第一章 电力电子设计目的及设计要求1.1电力电子设计目的此次电力电子课程设计中，有四个目的：了解开、闭环降压拓扑的基本结构及工作原理掌握BUCK开关电源电路中各元器件选择和主要参数的计算运用Matlab仿真软件对所设计的开、闭环降压电路进行仿真掌握降压电路电压控制双极点、双零点补偿环节的设计与仿真技术1.2电力电子设计要求本次电力电子课程设计要求中，有七个要求：输入直流电压（Vin）：55V输出电压（Vo）：22V输出电压纹波峰-峰值：Vpp≤55mV负载电阻：R=2Ω电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=60kHzBUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，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*F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第二章 电力电子设计过程2.1 BUCK变换器原理和开关电源应用此次课程设计主电路如下图所示：Buck变换器主电路从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使Vin的直流分量可以通过，而抑制Vin的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 Vin 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，它小于相对于电容上输出的直流电压Uo。 电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放 电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续 直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。 其中BUCK开关电源的应用值得说一说，它的发展方向是高频、高可靠、低噪声、抗干扰和模块化。