基于PI控制方式的4A开关电源MATLAB仿真研究

光电工程学院程及其自动化0绪论---------------------------------------------------------------------21设计要求-----------------------------------------------------------------22主电路参数计算-----------------------------------------------------------22.1电容参数计算---------------------------------------------------------32.2电感参数计算---------------------------------------------------------33补偿网络设计-------------------------------------------------------------43.1原始系统的设计--------------------------------------------------------43.2补偿网络相关参数计算--------------------------------------------------64负载突加突卸-------------------------------------------------------------104.1满载运行--------------------------------------------------------------104.2突加突卸80%负载------------------------------------------------------114.3电源扰动20%---------------------------------------------------------125小结--------------------------------------------------------------------14参考文献------------------------------------------------------------------14电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持不乱输出电非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。1指标：输入直流电压V)：10V输出电压V：5V输出电流I：4A输出电压纹波V)：50mV基准电压V)1.5V开关频率f)100kHz.主电路以及校正网络，使满足以上要求。2主电路如图 V VVVL

rr

rr0.2I C1200F尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程VVVV L O O D OFFOFF

1

10

L0.1。OFF

4.4s将T

5.6s代入方程组可解的L30.8H。

OFF

导通角：θ=D×2×180=201.6O

5V1.2511H(s)由matlab仿真，得图2，可知当取L31F时，电感电流在3.4A-4.5A之间脉动，符合i0.2I的要求。 33.1原始系统的设计V1sCRG(s) O 网络的传递函数为：H(s)

.

(s)

.

0.3

1 10(175106s)30.8106s30.81061200106s21.5104s23.7108s22.5105s1根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图3所示，MATLAB的程序如下：num=[1.5e-4den=[3.7e-82.5e-51];g=tf(num,den);rgin(g);好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度，增加系统的快速性和稳定性。构成控制量。称为PI调节器。这种调节器由于引入了积分环节（I）所以在调节过程中，当输变化迅速时，此环节基本没有作用，但由于积分环节的引入在经过足够长的时间可以统调节到无差状态。Gc(s)KTS1统总的传递函数为：G(s)（3.7108s22.5105s1）Ts设穿越频率为c，则系统的对数幅频特性为：(c)0arctancTarctan7.510-5c-90-arctan2c

-90其中

3.7108

，振荡阻尼系数

2.510-5

为了增加系统的快速性，需要提高穿越频率fc，一般穿越频率以小于2f23.14150009.42104rad/s。c 将数据代(c)得，

1f

s较为恰当。本次(c)arctan9.42104T81.94-180-90相位裕度180(c)arctan9.42104T-8.06一般相位裕度为5055，则50arctan9.42104T-8.065558.06arctan9.42104T63.061.609.42104T1.971.70105T2.09105取T2.010-5,将K取不同的值在MATLAB上仿真得到k=20时较为理想。则PI传递函数为：Gc(s) 如下：num=[40e-520];den=[2e-5,0];g=tf(num,den);rgin(g)则系统总的传递函数为：G

6108S23.8103S407.41013S351010S22105Snum=[0.0001502];den=[0.0000000370.0000251];=tf(num,den);bode(g0);n(g0);holdnum=[40e-520];den=[2e-5,0];g=tf(num,den);rgin(g);holdnum=[0.000152];den=[0.0000000370.0000251];f=tf(num,den);num1=[40e-520];den1=[2e-50];g=tf(num1,den1);num,num1);den2=conv(den,den1);rgin(num2,den2)总系统伯德图如下图：6.470.2I0.8A

R1.56负载突加突卸电路图如图94.3电源扰动20%课程，并且结合了开关电源技术所学知识，完成了这次的课程设计。本次电源设计在BUCK电路原理的基础上建立了小信号等效电路模型，并通过对PI控制器的设计，以及使用MATALAB对电路进行仿真，基本实现了预定的目标，并通过负载突加突卸对电路的抗干扰性进验证。们的学习水平。虽然是完成了但还是有很多的缺憾和不足，但是这样也才能让我们的提高。拥有这次机会去完成这篇论文，让我深刻的认识到要真正掌握知识就要学会如运用它。平时上课，我们不能只注重课本上的知识的吸收，更要运用于实际，学好本有利于我们将来的工作。经过这次的论文设计，学到了不少东西，思维能力得到了提更重要的是有了一种精益求精的追求，获益匪浅。完成了这次研究论文我对BUCK电路有了更为深刻的认识，可以较为熟练的使用MATALAB软件对电路进行仿真研究，可