基于PD控制方式的5A开关电源MATLAB.docx
《基于PD控制方式的5A开关电源MATLAB.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PD控制方式的5A开关电源MATLAB.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于PD控制方式的5A开关电源MATLAB
基于PD控制方式的5A开关电源MATLAB
仿真研究
学院:
电气与光电工程学院
专业:
电气工程及其自动化
班级:
:
学号:
0绪论
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,其优点有输出电流纹波小,结构简单,变比可调,实现降压的功能等。
然而其输出电压纹波较大,buck电路系统的抗干扰能力也不强。
为了使其具抗干扰能力,输出电流达到所需的等级,减小其电压纹波,现设计校正网络使其闭环,提高系统的能力。
1设计要求
技术指标:
输入直流电压(VIN):
10V;
输出电压(VO):
5V;
输出电流(IN):
5A;
输出电压纹波(Vrr):
50mV;
基准电压(Vref):
1.5V;
开关频率(fs):
100kHz.
设计主电路以及校正网络,使满足以上要求。
2主电路参数计算
主电路如图1
图1Buck电路
2.1电容参数计算
输出电压纹波只与电容C和电容等效电阻
有关
(1)
通常
并未直接给出,但
趋于常数,约为
,此处取
可得:
2.2电感参数计算
由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程
(2)
假设:
其中L中串联电阻
可得:
由matlab仿真,得图2,可知当取
时,电感电流在4.91A-4.99A之间脉动,符合
的要求
图2电感电流
3补偿网络设计
原始回路增益函数
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
(1)
假设:
PWM锯齿波幅值
采样电阻
;
则采样网络传递函数
可得
极点频率
零点频率
原始函数增益为:
图3原始回路伯德图
相位裕度:
40.3°
穿越频率:
1.47e3+003Hz
根据要求相位裕度应达到50°-55°
穿越频率提升到
(即10kHz-20kHz)
均不满足,因此需提高其相位裕度,穿越频率。
PD补偿网络设计
PD补偿网络的传递函数通常以为超前校正网络的传递函数近似代替,超前校正网络的传递函数为:
(2)
假设:
期望的相位裕度
;
穿越频率
为了提高系统穿越频率,则需要在其幅值下降前抬高它的下降速度为-20db/s,才能提高其穿越频率。
因此令:
补偿网络零点频率
补偿网络极点频率
则:
公式求得补偿网络增益:
可得:
图4校正网络伯德图(PD)
在不忽略电容等效电阻的情况下,系统低频段多出一个零点,抑制了相位裕度的围,只使用单一的PD调节难以做到既满足相位裕度,又满足幅值穿越频率。
因此这里暂时忽略电容等效电阻带来的影响。
整个系统的传递函数如下:
图5整个系统伯德图(PD)PD
相位裕度:
54.7°
穿越频率:
1.73e4+04Hz
因此可知,经过校正,系统满足了要求指标
图6总系统图(负载扰动)动)
图7总系统图(电源扰动)
图8系统仿真图(PD)
采用脉冲控制理想开关的通断,观察系统突加突卸能力(负载扰动):
图9突加突卸能力(PD)
由于忽略了电容等效电阻,使得输出电压纹波极小,小于50mv,满足要求。
系统在突加突卸80%负载的时候效果并不很好。
观察系统电源突加突卸能力(电源扰动):
图10电源扰动(PD)
4小结
通过已学的知识,如自动控制原理,电力电子技术等,并且结合了开关电源技术所学知识,才完成了这次的大论文。
完成了这次研究论文我对BUCK电路有了更为深刻的认识,对MATALAB也有了一定的了解,可以通过它来精确绘制传递函数的伯德图。
我深刻的认识到要真正掌握知识就要学会如何熟练地运用它。
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,学好本专业,也有利于我们将来的工作。
仅仅靠学习书上的知识是远远不够的,解决实际的问题,是需要真正理解知识,联系相关学科,找出他们的关系,而不是将各个学科孤立起来。
在考虑问题时候,既然认真计算每个细节,又要考虑整体的可行性,如主电路中电感的取值等等,会间接影响到最后系统的稳定性。
如何正确的确定每个参数,是能否达到最优设计的关键。
除此之外,此次大论文还提高了我查阅资料的能力,有些知识并不能在现有书本上找到,需要自己去借阅图书,上网查找其他的学术文章作为参考。
这次的课程设计也为以后打下了一个良好的基础,我从中受益匪浅。
参考文献
[1]许泽刚,俊生,郭建江.基于电力电子的虚拟综合实验设计与实践[J].电气电子教学学报.2008
[2]寿松.自动控制原理[M].5版.科学.2008
[3]王中鲜,魁,徐建东.MATLAB建模与仿真应用教程[M].2版.机械工业.2014
[4]魏艳君,向丽,迪.电力电子电路仿真:
MATLAB和PSpice应用[M].机械工业.2012