Buck变换器双闭环控制仿真研究毕业论文.doc

PAGE PAGE 1 Buck变换器双闭环控制仿真研究毕业论文 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 第一章 绪论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题发展现状 1 1.3 本文研究内容及结构 3 第二章 Buck变换器基本原理 4 2.1 Buck变换器工作原理 4 2.2 Buck变换器工作模态分析 4 2. 3 Buck变换器外特性 7 第三章 Buck变换器主电路设计 9 3.1 占空比D 9 3.2 滤波电感Lf 9 3.3 滤波电容Cf 11 3.4 开关管Q 11 3.5 续流二极管D 12 第四章 Buck变换器双闭环控制 13 4.1电路双闭环控制结构 13 4.2 电流内环设计 13 4.3 电压外环设计 15 PAGE PAGE 2 第五章 Buck变换器闭环系统的仿真 21 5.1 开环Buck电路的建模及仿真 21 5.2 闭环Buck电路的建模及仿真 22 5.3 PI控制方法的仿真 23 5.4 PID控制方法的仿真 25 第六章 总结与展望 25 参考文献 29 外文资料 中文译文 致谢 天津大学仁爱学院2015届本科生毕业设计（论文） PAGE 29 - 第一章 绪论 1.1 课题研究背景 随着电子技术的快速发展，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、可靠性高等优点。但由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在50 Hz的工频上，所以其重量较大。又因为调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间需承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45 %左右[1]。受这些缺点的限制,线性稳压电源很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，开发了开关电源。经过近半个世纪的发展，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代线性稳压电源并得到了广泛应用[2]，各种电池供电的电子产品如照相机、摄像机、录像机、个人数字助理、手机、手提电脑都需要DC/DC变换器等开关电源芯片[3]。 20世纪80年代，计算机全面实现开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。 对于非隔离的DC/DC开关电源，按照电路功能划分，有降压式（BUCK）、升压式（BOOST），还有升降压式（BUCK-BOOST）等。其中品种最多，发展最快的当属降压式（BUCK）[4]。 开关电源技术于20世纪80年代引入我国，随着计算机、通讯、汽车等行业的迅速发展,我国开关电源市场不断增长，开关电源控制器芯片的研究已成为国内功率电子学领域中颇受关注的热点。我国目前能源紧缺，而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业，因此我们在设计DC/DC开关电源产品时，转换效率必须作为一个重要的指标加以考虑。尤其是随着采用3.6 V锂离子电池作为电源的消费类电子产品市场不断扩大，且功能和性能变得更多和更高，对适用于这类产品的BUCK变换器的性能提出了更高的要求。因此研究BUCK变换器的性能具有重要的理论和现实意义[5][6]。 1.2 课题发展现状 DC/DC变换器是一种强非线性系统，由于电气参数的不确定性以及负载的多变性，使得DC/DC变换器的控制变得较为复杂。传统的控制方法都是基于线性系统理论，很难实现较好的动态性能。于是，进一步的研究在于对系统建立精确的数学模型和采用先进的控制算法。随着现代控制理论的发展，出现了许多DC/DC变换器新的控制方法以提高系统性能。例如：(1) 双线性理论；(2) 鲁棒控制；(3) 滑模变结构控制；(4) 自适应控制；(5) 智能控制。这些新控制方法的提出，使 DC/DC变换器的稳态误差趋于零，动态性能获得很大改善，而且对参数的不确定性和负载的多变性也有很好的鲁棒性。 1、双线性理论 此系统为非线性系统，能够取得较好的控制效果。文献[7]应用此模型对Boost电路进行闭环控制，不仅保证了充足的稳定裕量，而且实现了较好的瞬态响应。此方法一般适用于两个状态变量以上的DC/DC变换器拓