BUCK变换器设计

1、BUC废换器设计报告一、BUC侬换器原理降压变换器(Buck Converter )就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。二、BUC在电路参数计算及器件选择1、BUC侬换器的设计方法利用MATLA序口 PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真， 再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。2、主电路的设计指标输入电压：标称直流 48V,范围4353V

2、输出电压：直流24V， 5A输出电压纹波：100mV电流纹波：0.25A开关频率：250kHz相位裕量：60°幅值裕量：10dB3 、BUC柱电路主电路的相关参数：开关周期：Ts=l=4XlO-6s fs占空比：当输入电压为 43V时，Dmax=0.55814当输入电压为53V时，Dmin=0.45283输出电压：Vo=24V输出电流Io=5A纹波电流：AiL=0.25A纹波电压：AVL=100mV电感量计算：由AiL=Vin-max-voDTs得:2LL= Vin-max-voDminTs=53s24 x0.4528 X4X 106=1.05 X 10-4H2A iL2 0.25电

3、容量计算：由AVl=Ts得：8CC= -AlTS=J5_ x4X 10-6=1.25 x 10-6F8AVl8 0.1而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C的取值般要大于该计算值，故取值为 120 F实际中， 电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR 在 100 毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。 ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取 RESR=50m Qo4、主电路的开环传

4、递函数取 RESF=50mQ, R=4.8Q, C=120以 F, L=105以 H, Vin=48V,可得传递函数为：在MATLAB中根据开环传递函数画出 Bode图：>> clear>> num0=2.88e-4,48;>> den1=1.27313e-8,2.7875e-5,1;> > bode(num0,den1)> > kg,gm,wkg,wgm=margin(num0,den1)> > grid相角裕量23.0483，显然不符合设计要求，考虑对其增添闭环控制回路进行校正。5、主电路的PSIM仿真电路如下:MOS

5、FET电流I1波形如下:电压V1波形如下：三、BUCK变换器控制框图BUCK变换器的控制器主要有电压型控制和电流型控制，其各自电路图如下所示电压型：01 Ipidse-width modulator电流型:电压型控制原理是将开环电路的输出电压进行采样，采样信号H (s)与基准电压VREF输送到误差放大器，G (s)设计的有源串联校正 PID 环节。具输出经过补偿在经过 PWM ,调制后的信号控制开关 Q的通断, 以此来控制输出电压的稳定， 达到闭环控制的目的；电流型控制用通过功 率开关的电流波形替代普通 PWM的载波信号，每个开关周期之初，由时 钟脉冲置位RS触发器，于是Q1导通，之后1逐渐增

6、加，当1大于调制 信号时，比较器翻转弁复位 RS触发器，Q1关断。综合考虑难易程度和 功能特性，本设计采用电压型控制电路。采用电压型控制电路的 BUCK转换器原理框图如下所示：Gd (s)为开环增益，Gc (s) x Gw讷调节器，H为反馈因子。则该框图的闭环增益为：T = Gvd(s)H(s)Gc(s)GpwM三、K-因子法设计控制器调节器类型有三种:积分器工PI可产器，加入两个零点，斜率20db/dec,90。.黑金二:登"局部斜率_hM，露晶赢：的超前相也并且可提供1毗的超前相位“PID调节器性能最佳。搭建好闭环电路，确定串联PID校正环节，确定新的开环剪切频率和相位裕量，确定

7、控制回路中各个电阻电容的取值， 这一工作可采用K-因子法完成，K-因子法设计步骤是：确定新的剪切频率；确定校正前处的相角和校正后的相位裕量，计算需要的相位超前量。计算公式为 b = ； c'- : c - 90基于确定K值，PID调节器公式为：基于K-因子确定补偿器的零点、极点位置，弁计算调节器参数。 公式为：校正环节传递函数如下为:取 f15.5kHz广163 K= 23113计算得校正环节传递函数为四、 MATLAB SISOTOOL利用以上求得的数据，用MATLAB勺SISOTOOIX具箱可以画出加入补偿器后的传递函数BODE0如下幅值裕量、相角裕量均满足设计要求五、PSIM仿真结果1、带有PID调节器的PSIM电路如下所