PID控制方式的3A开关电源MATLAB

1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 基于pid控制方式的3a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 班级：一 绪论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，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载

2、的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!常用的控制器有比例积分（pi）、比例微分（pd）、比例-积分-微分（pid）等三种类型。pd控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；pi控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；

3、pid控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本次设计就采用pid控制方式。二 设计过程各项技术指标：输入直流电压(vin)：10；输出电压(vo)：5v；输出电流(in)：3a；输出电压纹波(vrr)：50mv；基准电压(vref)：1.5v；开关频率(fs)：100khz。设计任务：1. 依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真；2. 掌握小信号建模的方法，建立buck变换器原始回路增益函数；3. 采用matlab绘制控制对象的bode图；4. 补偿网络设计，根据控制对象的bode图，分析所需设计的补偿网络特性，采用pid调

4、节方式。5. 采用matlab绘制补偿器和变换器的bode图；6. 综合仿真，采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。2.1 主电路设计：如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!滤波电感和电容参数设计：输出纹波电压只与电容c的大小及rc有关： (1)电容c与rc的乘积趋于常数,约为5080µ*f。本次课程设计中取为75µ*f。由式(1)可得rc=83.3m,c=900.36uf。负载电阻。假设二极管 d 的通态压降 =0.5v, 电感 l中的电阻压降 =0.1v, 开关管s的导通压降=0.5v。

5、 根据基尔霍夫电压方程, 可知开关管 s 闭合与导通状态输入电压 和输出电压满足如下关系: (2) (3) (4)可得导通时间 =5.6µs，电感串联电阻=01.67，电感值l=41.049µh。假设： 其中l中串联电阻可得：如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!由matlab仿真，得图2，可知当取时，电感电流在2.8a-3.2a之间脉动，符合的要求电感电流纹波： il电流2.2补偿网络设计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： （1）假设pwm锯齿波幅值vm为1.5v，采样电阻r1=3k，rb=1.3 k，则 （2）所以：如果您需要使用本文档，请点

6、击下载按钮下载! （3）用matlab画出的g0（s）的伯德图：matlab的程序为：num=150e-6 2den=3.7e-8 2.5e-5 1;g=tf(num,den);margin(g);>>  伯德图为：此时穿越频率为9.67khz，相位裕度为41.6°。pid补偿网络设计：要求穿越频率为10-20khz，相位裕度为50°-55°。如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! k= （1） (2)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

7、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:零点角频率极点角频率倒置零点角频率 (3)用matlab画出伯德图：程序为： num=1.15e-3 26.61 7.2e4;den=5.03e-6 1 0;g=tf(num,den);如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!margin(g);>  >>  加入pid补偿网络后的电路图： 直流增益 (1)用matlab画出伯德图：程序为：num=2.3e-3 53.22 1.44e5;den=1.86e-13 3.7e-8 3e-5 1 0;g=tf(num,den);margi

8、n(g);如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!2.3 负载的突加突卸突加突卸80%负载：20%=0.6a电路图如图所示,如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!仿真波形图如图所示： il电流如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 输出电压电流2.4电源扰动输入电压为10v，加入20%的电压扰动，即此时输入电压为9.6v-14.4v,加入的输入电压波形如图所示：电路图为：如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 输出的电压电流波形图 如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! il电流3 心得体会通过本次开关电源作业设计，使我对开关电源有了更深刻的理解和认识。我对buck电路的有了进一步的学习，在设计的过程中，又再次复习了电力电子和自动控制原理，加深了以前的学习。同时，学会了matlab及相关软件的使用，这对以后的学习将会有很大的帮助。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。4 参考文献1 张建生主编现代仪器电源原理技术设计北京：科学出版社，2005332 陈丽兰主编 自动控制原理 电子工业出版社 20063 杨旭等.开关电源技术m.北京:机械工业出版社,2004.0