BUCK开关电源的应用文档格式.docx
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图3-1Buck变换器主电路图
1、输入直流电压（VIN）：
32V。
2、输出电压（VO）：
18V。
3、负载电阻：
3。
4、输出电压纹波峰-峰值Vpp≤50mV，电感电流脉动：
输出电流的10%。
5、开关频率（fs）：
80kHz。
6、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V,滤波电容C与电解电容RC的乘积为75。
7、采用压控开关S2实现80%的额定负载的突加、突卸，负载突加突卸的脉冲信号幅值为1，周期为0.012S，占空比为2%，相位延迟0.006S。
当s导通时有：
（）
（1）
当s关断时有：
（2）
t与的关系：
（3）
3.2系统的组成
整个BUCK电路包括Gc（S）为补偿器，Gm（S）PWM控制器，Gvd（S）开环传递函数和H（S）反馈网络。
采样电压与参考电压Vref比较产生的偏差通过补偿器校正后来调节PWM控制器的波形的占空比，当占空比发生变化时，输出电压Uo做成相应调整来消除偏差。
系统传函框图：
3-2。
图3-2系统传函框图
3.3主电路部分的设计
3.3.1滤波电感的计算
由公式，其中（4）
，其中，R=3（5）
（6）
设计要求中，求得，。
3.3.2滤波电容的计算
由前面的公式
（1），
（2），（3）及一些参数，，，，。
算得：
，，。
3.4开环系统的分析
3.4.1开环原始传递函数的计算
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：
（7）
其中，（8）
其中，是分压电阻，它们的取值是不固定的，但是他们的单位要是级的，这样整个电路的误差会小。
此次设计，它们的单位是。
（9）
将数据代入公式（7），得
=
3.4.2开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分析图
将的表达式输入到MATLAB软件中，可以得到如图3-3所示的伯德图，由图可知=25.6deg。
相角裕度过低。
需要添加有源超前滞后补偿网络校正。
图3-3开环原始传递函数的伯德图
3.5闭环系统的设计
图3-4闭环系统结构框图
图3-4中包含输入电源，滤波电感，滤波电容，负载，脉冲信号，续流二极管，参考电压以及一些传递函数。
3.6双极点双零点补偿控制器的设计
3.6.1补偿网络电路的原理分析
图3-5有源超前-滞后补偿网络电气图
图3-5中的有源超前-滞后补偿网络电路由一些电阻和电容的串并联组成，通过数电与模电的知识可以得到它的传递函数表达式：
（10）
有源超前-滞后补偿网络有两个零点、三个极点。
（11）
（12）
（13）
（14）
（15）
（16）
零点为：
（17）
（18）
极点为：
为原点
（19）
（20）
频率与之间的增益可近似为:
（21）
在频率与之间的增益则可近似为：
（22）
考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取（为开关频率）：
kHz（23）
开环传函的极点频率为：
（24）
将两个零点的频率设计为开环传函两个相近极点频率的，则
（25）
将补偿网络两个极点设为,以减小输出的高频开关纹波。
（26）
（27）
根据已知条件使用MATLAB程序算得校正器Gc（s）各元件的值如下（程序见附录），取R2=10000欧姆：
=1.4259；
=548.0150；
=18.2477；
=7.6462e-008；
=1.0902e-007；
=1.9894e-010；
=7.0133e+003。
通过公式（10）得出：
=
3.6.2补偿器伯德图
图3-6补偿器伯德图
3.6.3加入补偿器后系统伯德图分析
图3-7加入补偿器后系统的伯德图
由图可知，在加入补偿器之后的=152deg,它远远大于未补偿之前的=25.6deg，相角裕度增加，达到设计的要求。
3.7闭环系统的仿真
3.7.1电路模块的添加
在MATLAB软件中，点击Simulink,新建一个.mdl的文件，然后按照仿真电路图向其中添加相应的模块。
本次的课程设计所需的模块大多数都在SimpowerSystem中，如power,Mosfet,L,Relay,Rc,C,PulseGenerator,IdealSwitch,R,VoltageMeasurement,Scope,Transportdelay,gelding,TransferFcn,Saturation,
3.7.2仿真电路参数的设置
①输入的直流电压为18V。
②采用压控开关S2实现80%的额定负载的突加、突卸，负载突加突卸的脉冲信号幅值为1，周期为0.012S，占空比为2%，相位延迟0.006S。
③设置仿真时间为0.04s，采用ode23s算法，可变步长。
④设置传输延迟（TransportDelay）的时间延迟（TimeDelay）为0.006，积分（Integrator）的饱和度上限（Uppersaturationlimit）为0.8349，下限为0.832，绝对误差（Absolutetolerance）为0.000001，PWM的载波为80kHz，幅值为14.4V的锯齿波。
3.7.3仿真结果
图3-8未加干扰仿真图
图3-9加干扰仿真图
第4章总结心得
通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的认识也更加深入，在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。
本课程设计是在韩霞老师的亲切关怀与细心指导下完成的。
从课题的选择到最终的完成，韩老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持，让我们获益菲浅，并且将终生受用无穷。
在此对钱老师表示最衷心的感谢！
第5章参考文献
[1]电力电子技术王兆安机械工业出版社
[2]开关电源技术教程张占松机械工业出版社
[3]电源的计算机仿真技术陆治国科学出版社
[4]电力电子技术计算机仿真实验李传琦电子工业出版社
[5]电力电子应用技术的MATlab仿真杜飞中国电力出版社
[6]电力电子技术的MATLAB实践黄忠霖国防工业出版社
[7]电力电子系统建模及控制徐德洪机械工业出版社
第6章附录
附录1MATLAB所用程序：
clc;
clear;
Vg=32;
L=1.624*10^（-4）;
C=9*10^（-4）;
fs=80*10^3;
R=3;
Vm=14.4;
H=0.8;
Rc=0.083;
G0=tf（[C*Rc*Vg*H/Vm,Vg*H/Vm],[L*C,L/R,1]）;
figure
（1）;
margin（G0）;
fp1=1/（2*pi*sqrt（L*C））;
fg=（1/5）*fs;
fz1=（1/2）*fp1;
fz2=（1/2）*fp1;
fp2=fs;
fp3=fs;
[marg_G0,phase_G0]=bode（G0,fg*2*pi）;
marg_G=1/marg_G0;
AV1=fz2/fg*marg_G
AV2=fp2/fg*marg_G
R2=10*10^3;
R3=R2/AV2
C1=1/（2*pi*fz1*R2）
C3=1/（2*pi*fp2*R3）
C2=1/（2*pi*fp3*R2）
R1=1/（2*pi*fz1*C3）
num=conv（[C1*R2,1],[（R1+R3）*C3,1]）;
den1=conv（[（C1+C2）*R1,0],[R3*C3,1]）;
den=conv（den1,[R2*C1*C2/（C1+C2）,1]）;
Gc=tf（num,den）;
figure
（2）;
bode（Gc）;
G=series（Gc,G0）;
figure（3）
margin（G）
附录2仿真电路原理图：
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