基于PI控制方式的9A开关电源-Psim仿真研究

基于PI控制方式的9A开关电源Psim仿真研究学院：电光学院专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：一、引言Buck变换器最常用的变换器，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。这次的课程设计，根据不同的负载电流、控制方式、仿真软件，每个人可以从中学到很多。二、实验目的(1)了解Buck变换器基本结构及工作原理；(2)掌握电路器件选择和参数的计算；(3)学会使用psim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真；（4）学会使用psim仿真软件对控制环节的仿真技术；（5）学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。三、技术指标输入直流电压（V）：10V输出电压V:5V输出电流I：9A输出电压纹波V:50mV基准电压V:1.5V开关频率f:100KHZ主电路的功率设计(1)滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关：（1）电解电容生产厂商很少给出ESR，而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大，但是C与Rc的乘积趋于常数，约为。本例中取为。由式(1)可得Rc=27.78mΩ，C=2707μF。(2)滤波电感参数计算当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2）、（3）所示：（2）（3）假设二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管的导通压降VON=0.5V。带入（2）（3）式可得T=5.6,T=4.4,L=13.7。2.1当L=10时，输出电压和电流波形以及输出电压和电流的纹波如图所示2.2当L=13.7时，输出电压和电流以及它们的纹波如下图：2.3当L=30时，输出电流电压以及它们的纹波如下图：五、原始系统的设计(1)采用小信号模型分析方法得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为：假设PWM锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻。采样网络的传递函数为：=根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图5所示，MATLAB的程序如下：num=[0.000152];den=[0.00000003710.00002451];g0=tf(num,den);bode(g0);Margin(g0);如图所得，该系统相位裕度为41.4度，穿越频率为1.54khz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度，使其快速性和稳定性增加。补偿网络的设计。(2)采用如图6所示的PI补偿网络。PI环节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。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，当输入和负载变化迅速时，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将系统调节到无差状态。PI补偿网络传递函数为：系统总的传递函数为： 设穿越频率为，则系统的对数幅频特性为：其中，振荡阻尼系数为了增加系统的快速性，需要提高穿越频率，一般穿越频率以小于1/5较为恰当。本次取=15khz，则穿越频率。将数据代入得相位裕度一般相位裕度为：则取,k=20.则PI传递函数为：(3)绘制PI传递函数伯德图如图7所示，程序如下：num=[40e-520];den=[2e-5,0];g=tf(num,den);margin(g)通过matlab绘制系统伯德图如图8所示，程序如下：num=[0.0001502];den=[0.00000003710.00002451];g0=tf(num,den);bode(g0);margin(g0);holdonnum=[40e-520];den=[2e-5,0];g=tf(num,den);margin(g);holdonnum=[0.000152];den=[0.0000000450.000031];f=tf(num,den);num1=[40e-520];den1=[2e-50];g=tf(num1,den1);num2=conv(num,num1);den2=conv(den,den1);margin(num2,den2)由图可得系统的相位裕度为52.6度，穿越频率为1.27e+004Hz，系统的的快速性和稳定性都得到改善。总的传递函数为：六、参数计算及电路仿真一、80%的负载突加突卸电路参数计算：满载运行时，仿真结果及输出纹波如图所示，突加突卸80%负载，仿真结果如图所示：突加80%负载电压有0.2v的波动，恢复时间为0.15ms，对负载的扰动PI调节具有一定的调节能力，恢复时间较短。（3）电源扰动电源扰动20%，电压变化范围9.6V~14.4V.电路图和仿真如下图所示：当电源出现20%的扰动时，电压变化不足0.1v，系统对电源的扰动具有良好的抗干扰能力。小结通过近几个星期的研究，让我对开关电源BUCK变换器有了一定的了解，并且掌握了Psim仿真软件的应用。了解了Buck变换器基本结构及工作原理，掌握了电路器件选择和参数的计算，并且学会使用PSIM仿真软件对所设计的开关电源进行仿真。因为我所选择的Psim画图仿真还是比较简单的，有希望不会的问一下同学也就懂了。同时也让我意识到了自己的不足，理论知识不够完善，因为理论与实际相结合是非常重要的。平时我们只是对书本上的知识进行一定的学习，如果不经过实践对他的了解还是远远不够的，这次的打报告让我有机会去对开关电源进行仿真研究，虽然一开始觉得字是自己去研究这个软件的应用还是比较难的，但是通过自己的努力学会如何熟练地运用它还是比较自豪的。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，学好本专业，也有利于我们将来的工作。这次学习学到的不仅仅是开关电源的仿真，还让我接触使用了matlab，相信对以后的学习研究也有帮助。参考文献[1]张占松主编《开关电源技术教程》机械工业出版社，2012[2]王兆安，黄俊主编《电力电子技术》机械工业出版社，2000[3]黄忠霖，周向明主编《控制系统MATLAB计算及仿真实训》国防工业出版社[4]陈丽兰主编《自动控制原理》电子工业出版社，2006基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的公寓用电智能管理系统设计HYPERLINK"/detai