DCtoDC变换器控制策略设计报告

1、DC/DC变换器控制策略设计报告目 录一、实验目的1二、设计内容及要求2三、开环Buck电路设计与仿真分析33.1.开环Buck主电路图设计33.2.参数计算与选择33.3.开环BUCK电路模型建立33.4.开环Buck电路仿真及结果分析33.5.开环传递函数5四、闭环Buck电路设计与仿真分析74.1.反馈回路设计74.2.补偿环节的设计74.3.BUCK变换器闭环仿真8五、附录10I一、 实验目的DC/DC变换器可将不可控的直流输入变为可控的直流输出，广泛应用于可调直流开关电源及直流电机驱动中。Buck变换器是DC/DC变换器中最具代表性的拓扑结构之一。在工程实际中，Buck变换器的控制方

2、式可以开环和闭环来实现。其中闭环控制方式又可分为PI校正，PID控制，fuzzy控制等方式。本文首先会建立Buck变换器的模型，然后会分别进行开环、PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上进行仿真。10二、 设计内容及要求1、输入电压(Ui)：28V2、输出电压(Uo)：15V（1%稳定度）3、额定电流(Io)：5A4、开关频率(f)：60kHz5、相位裕度()：60°三、 开环Buck电路设计与仿真分析1.2.3.3.1. 开环Buck主电路图设计依据经典Buck电路图，设计的电路图如下所示：图3.1 开环Buck电路3.2. 参数计算与选择依据设计要求，对Buck电

3、路中未知参数进行选定。（1）占空比取； （2）滤波电感L取50H；（3）滤波电容C取500F。3.3. 开环BUCK电路模型建立在simulink中搭建Buck电路的仿真模型，使用开关器件是MOSFET，如图3.2所示。图3.2 开环Buck电路仿真模型3.4. 开环Buck电路仿真及结果分析对所建立的模型进行仿真，得出电压波形和负载电流波形图。图3.3 电压波形图3.4 负载电流波形由仿真结果可以看出，电路输出电压为14.4V，电流输出为4.8A，显然不满足设计要求。在对滤波电感、电容进行调节时，发现电感、电容与电路性能的规律：电感越小，超调越大，越稳定；电容越小，超调越小，纹波越大。因此，

4、需要在稳定度，超调量，纹波电压之间进行折衷，对电感、电容进行调节。因此需要对电路进行闭环调节，本设计采用PID控制校正方式。3.5. 开环传递函数利用小信号模型，对Buck电路进行建模，得到其开环传递函数为 （3.1）其中，RC为滤波电容的ESR，Buck电路的纹波电压，主要是由电容的寄生电阻ESR和电容容量决定，所以要想对电路纹波进行比较精确地控制必须考虑寄生电阻的影响，而对于一般的电容，其C与寄生电阻Rc的乘积趋于常数，约为5080F。本例中取为50F。所以Rc=0.1代入数据得 （3.2）原始回路增益G0为： （3.3）代入数据得 （3.4）使用以下代码画出开环状态下的Bode图：num

5、=1.05e-4 2.1;den=2.5e-8 1.667e-5 1;H=tf(num,den);margin(H);grid;相角裕度只有34.9度，相角裕度过低，不满足设计要求。可采取有源超前滞后校正器。四、 闭环Buck电路设计与仿真分析4.4.1. 反馈回路设计补偿网络电路基本原理如图4.1所示.图4.1 有源超前-滞后补偿网络反馈回路即H(s)取0.3，即为0.3。取Ry为3K欧姆，Rx为7K欧姆，Ry一端接地。4.2. 补偿环节的设计根据已知条件使用MATLAB程序（见附录）算得一下各参数值，并在满足相位裕度为60度的条件下对其进行微调。补偿器的传递函数是： （4.1）带入数据计算

6、得 （4.2）BUCK变换器闭环传递函数： （4.3） （4.4）根据已知条件使用MATLAB并微调算得校正器各元件的值如下： 使用以下代码画出开环状态下的Bode图：num=1.061e-11 2.789e-7 1.44e-3 2.1;den=1.113e-18 3.575e-13 1.399e-9 1.501e-5 4.468e-2 0;H=tf(num,den);margin(H);grid;图4.2 Bode图4.3. BUCK变换器闭环仿真电路原理图为：图4.3 Buck变换器闭环仿真电路原理图闭环仿真结果：图4.4 Buck变换器闭环仿真结果五、 附录补偿电路环节参数选取程序：cl

7、c;clear;Vg=28;L=5*10-5;C=5*10-4;fs=50*103;R=3;Vm=4;H=0.3;Rc=0.1;G0=tf(C*Rc*Vg*H/Vm Vg*H/Vm,L*C L/R 1)figure(1)margin(G0);fp1=1/(2*pi*sqrt(L*C);fg=(1/5)*fs;fz1=(1/2)*fp1;fz2=(1/2)*fp1;fp2=fs;fp3=fs;marg_G0,phase_G0=bode(G0,fg*2*pi);marg_G=1/marg_G0;AV1=fz2/fg*marg_G;AV2=fz2/fg*marg_G;R2=103;R3=R2/AV2;C1=1/(2*pi*fz1*R2);C3=1/(2*pi*fp2*R3);C2=1/(2*pi*fp3*R2);R1=1/(2*pi*C3*fz1);num=conv(C1*R2 1,(R1+R3)*C3 1);den1=conv(C1+C2)*R