buck变换器控制电路

12345总分基于单零单级点控制方式的12A开关电源PSIM仿真研究学院：延陵学院专业：电气工程及其自动化班级：07电Y2姓名：许双学号：07121130时间：2010年12月12日一、引言随着电力电子技术的不断发展，要求开关电源具有更高的效率、可靠性、实用性。为了得到高性能的开关电源，本课题通过改进控制电路的控制方式，使开关电源更稳定响应速度更快速。本文首先采用传统方法对BUCK变换器的主电路参数进行了设计与器件的选择，然后加入单零单级点补偿网络以提高电路的输出精度和动态特性，得到了该变换器的最优化模型。二、设计指标输入直流电压(VIN)：15V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：12A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz。[滞环控制为PFM方式，不受此限制]三、主电路参数计算（1）滤波电感和电容参数设计输出纹波电压只与电容的大小及有关：（1）虽然厂商很少给出电解电容的,但与的乘积趋于常数，约为。本例中取为。由式（1）可得，。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）假设二极管的通态压降V，电感中的电阻压降V，开关管导通压降，可得导通时间,将此值回代式（2），可得电感值为：为了保证电流的脉动小于2A，可将电感的值，适当放大些，可以取17.5图3-1-1buck电路图(2)用psim软件参数扫描当时，输出电压和电流和输出电压纹波图3-2-1、图3-2-1图3-2-1图3-2-2如图用psim软件做参数扫描，当时，输出电压为5V,输出电流为12A，输出电压纹波,所以理论分析和计算机仿真结果是一致的。四、采用小信号模型分析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Go(s)为：（4）假设PWM锯齿波幅值为1.5，，，由此可得采样网络传递函数原始回路直流增益,。将以上值代入式（4），可得级点转折频率：零点转折频率：原始回路的传递函数所具有的相位裕度和穿越频率如图2-1所示。生成图2-2所示的波特图MATLAB程序如下：num=[0.00018753];den=[0.00000005250.0000421];figure(1);[mag,phase,w]=bode(num,den);margin(mag,phase,w);图4-1原始回路的频率特性五、补偿网络设计补偿网络采用如图4-1所示的电路形式。图5-1补偿网络的传递函数为：（5）式中；;如图4-1所示，在低频段时增益为9.54；在频率为695Hz时会有转折发生，其斜率为-40dB/dec。原始回路在穿越0dB线，相位裕量仅为。设加入补偿网络后，回路函数的增益交越频率等于1/5的开关频率，于是穿越频率如果加入补偿网络后的回路增益函数以-20dB/dec斜率处通过0dB线，则变换器系统将有较好的相位裕量，为了得到-20dB/dec的斜率，补偿网络在穿越频率处必须提供+20dB/dec的斜率。补偿网络的零点：补偿网络的极点：原始回路函数在的增益为则补偿网络在的增益为现在选用则，，。将以上参数代入式（5），可得：补偿后的网络传递函数补偿网络波特图图5-2从上述波特图中可以看出穿越频率为20kHz，相位裕度为55度低频段增益比补偿前增大了很多，并且以-20dB每十倍频穿越0dB线，系统稳定，达到了预期的矫正的目的。MATLAB程序如下：num1=[00.00018753];den1=[0.00000005250.0000421];g1=tf(num1,den1);num2=[034.14148438];den2=[0.0000039810];g2=tf(num2,den2);num3=conv(num1,num2);den3=conv(den1,den2);g3=tf(num3,den3);bode(g1,'*',g2,'--',g3,'-');六、总电路图的设计（1）总电路图的设计采用Psim软件,psim是趋向于电力电子领域以及电机控制领域的仿真应用包软件。具有仿真高速、用户界面友好、波形解析等功能，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等有效提供强有力的仿真环境。图6-1（2）总电路图的仿真图选用PSIM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图6-2分析：根据仿真结果可看出，负载电流突加对电路输出电压影响很小，且可在很短时间就恢复稳定。可见本次设计的电路的输出精度和动态特性都符合要求。七、总结本次设计的主要目的是给buck电路设计一个补偿网络，提高开关电源的输出精度和动态特性。通过本次设计我学会了最基本的主电路设计和补偿网络设计，掌握了一定的电力电子建模知识，也熟悉了几种常用仿真软件的使用。最大的收获是在这次设计中我不断地发现错误并一步步的改正错误的过程，在这个过程中我遇到过很多困难不过在和同学的共同探讨中我们最终解决了一个个难题，对于实在不会的问题在老师的耐心指导下我也总算搞懂了，这次设计不仅提高了我的理论知识更提高了我的钻研精神。参考文献[1]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京：机械工业出版社，2005[2]徐德鸿沈旭杨成林周邓燕译.开关电源设计指南[M].北京:机械工业出版社,2004[3]张卫平等.开关变换器的建模与控制[M].北京:中国电力出版社