基于PI操纵方式的10A开关电源Multisim仿真研Word文件下载.docx

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经常使用的操纵器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。

PD操纵器能够提供超前的相位，关于提高系统的相位裕量、减少调剂时刻等十分有利，但无益于改善系统的操纵精度；

PI操纵器能够保证系统的操纵精度，但会引发相位滞后，是以捐躯系统的快速性为代价提高系统的稳固性；

PID操纵器兼有二者的优势，能够全面提高系统的操纵性能，但实现与调试要复杂一些。

2、实验目的

（1）了解Buck变换器大体结构及工作原理；

（2）把握电路器件选择和参数的计算；

（3）学会利用Multisim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真;

（4）学会利用Multisim仿真软件对操纵环节的仿真技术;

（5）学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度.

3、实验要求

输入直流电压（VIN）：

10V；

输出电压（VO）：

5V；

输出电流（IN）：

10A；

输出电压纹波（Vrr）：

50mV；

基准电压（Vref）：

1.5V；

开关频率（fs）：

100kHz。

4、主电路设计

4.一、buck电路

一、buck电路图

图（4-1-1）buck电路

二、buck主电路参数的计算

（1）滤波电容参数计算

输出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关：

通常并未直接给出，但趋于常数，约为，此处取可得：

可得：

取实际

（2）滤波电感参数计算

依照基尔霍夫电压定律，可知开关管导通与关断状态下输入电压和输出电压知足以下方程:

（式1）

且有

假设Buck变换器性能要求，假设二极管D的通态压降,电感L中的电阻压降为,开关管S中的导通压降,且有串联电阻值为：

将数据代入式1，可知：

上式/下式可知：

且已知

解得：

导通时刻

电感取实际

占空比

4.二、用Multisim软件参数扫描法验证数据

当，电感电流和输出电压的波形别离如下：

图（4-2-1）输出电感电流波形

图（4-2-2）输出电压波形

通过Muitisim仿真可得图4-2-1电感电流波形及图4-2-2输出电压波形，可知当,电感电流、输出电压足和输出电压纹波为50mV的要求。

4.3原始系统增益的计算

采纳小信号模型分析方式可得Buck变换器原始回路增益函数：

假设PWM锯齿波幅值,采样电阻，，由此可得采样网络传

递函数为：

原始回路直流增益：

对数增益：

代入原始回路增益函数可得：

（式a）

利用MATLAB画出原始回路增益函数伯德图：

num=conv[1.5e-42];

den=[3.75e-82.5e-51];

g=tf（num,den）;

margin（g）

图（4-3-1）原始回路增益函数伯德图

由图4所示伯德图易看出：

相位裕度：

41.3°

穿越频率：

依照要求相位裕度应达到50°

--55°

，且有开环传递函数的穿越频率应为开关频率的1/5--1/10之间,即为10-20kHz。

可见，原始回路增益函数既不知足相位裕度的要求，也不知足穿越频率的要求，因此必需提高其相位裕度、穿越频率。

五、补偿网络的设计

五、1补偿网络电路图

采纳如图6所示的PI补偿网络。

PI环节是将误差的比例（P）、积分（I）环节通过线性组合组成操纵量。

称为PI调剂器。

这种调剂器由于引入了积分环节（I）因此在调剂进程中，当输入和负载转变迅速时，此环节大体没有作用，但由于积分环节的引入在通过足够长的时刻能够将系统调剂到无差状态。

图（5-1-1）补偿网络电路图

五、2传递函数计算

PI补偿网络传递函数为：

其中，。

系统总的传递函数为：

设穿越频率为，那么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，一样穿越频率以小于1/5较为适当。

本次取=15khz，那么穿越频率。

将数据代入得

相位裕度：

一样相位裕度为：

则

取,k=20.

那么PI传递函数为：

五、3绘制伯德图

绘制PI传递函数伯德图如图5-2所示，程序如下：

num=con[4.2e-520];

den=[2.1e-5,0];

图（5-3-1）PI传递函数伯德图

那么系统总的传递函数为：

通过matlab绘制系统伯德图，程序如下：

Go=tf（[1.5e-42],[e-82.5e-51]）

num=[4.2e-420];

den=[e-50];

Gc=tf（num,den）

G=series（Go,Gc）

margin（Go）;

holdon;

margin（Gc）;

margin（G）;

gridon;

总的伯德图：

图（5-3-2）总系统的传递函数伯德图

由图可得系统的相位裕度为54.6度，穿越频率为14.6khz，系统的的快速性和稳固性都取得改善。

6、总电路各类状况下运行检测

6.1负载满载运行电路图及波形仿真

图（6-1-1）负载满载电路图

图（6-1-2）负载满载波形仿真

图（6-1-3）负载满载输出电压波形仿真

图6-1-4负载满载输出电流波形仿真

6.2负载突加突卸80%时的电路图及其波形仿真

6.2.1负载突加突卸80%参数计算

6.2.1负载突加突卸80%运行时的电路图

图（6-2-1）负载突加突卸80%运行时电路图

6.2.2负载突加突卸80%运行时的波形仿真

图（6-2-1）负载突加突卸80%运行时仿真图

图（6-2-2）负载突加突卸80%运行时输出电流仿真图

图（6-2-3）负载突加突卸80%运行时输出电流仿真图

由仿真能够得出PI补偿网络大体实现了补偿操纵功能。

6.3、电源突加突卸20%时的电路图及波形仿真

6.3.1电源突加突卸20%运行时的电路图

图（6-3-1）电压突加突卸80%运行时仿真图

6.3.2电源突加突卸20%运行时的波形仿真

图（6-3-2）电压突加突卸80%运行时仿真图

7、总结

在做这次作业前本是自信满满，但是在做的进程中发觉了许多问题。

还记得教师第一次跟咱们提及这份作业时，我和同窗都以为很简单，因为以前做过类似的作业。

在实际的进程中却发觉并非如此。

自己相关学科很薄弱，没有形成一套较为完整的知识体系，如电力电子技术、自动操纵原理等知识全然没有把握的专门好；

教师要求咱们每一个人利用一种操纵方式，利用不同软件达到不同的功能，最让人担忧的是那些软件在这份作业之前从未接触过。

在做的刚开始我我查了许多资料可是仍完全没有思路，Buck变换器是如何的工作原理，如何测电压、测电流，如何利用Matlab进行编程，如何用Multisim进行仿真。

第一次利用Matlab时，就可不能写程序，不断地查资料、请教，终于对那个软件有了大体的了解。

刚解决那个问题，Multisim的问题又层出不穷。

连大体的元器件的位置，画法都不明白。

至今都无法明白得Multisim软件中的电阻竟然有正负极性。

专门是在补偿回路上，有许多不睬解的地址。

比如，同一参数补偿电路在三种软件仿真中的成效各不相同，这给我带来了专门大困扰。

好在一直没有舍弃，从一开始什么都不懂的状态到慢慢构建出主电路图，测出主电路负载的电压、电流波形，渐渐地碰到了很多困难，比如说电流值偏大、电压偏小、响应时刻很慢，后来通过一次次的调剂参数，最终尽自己的能力解决了那些问题。

通过这次作业，让我受益良多。

当咱们做任何事时都要用心去做，不能三心二意。

平常专业知识的积存是很重要的，在日常的学习进程中应该学会总结，学会积存，学会把学科之间联系起来，形成一套较为完整的学科体系。

同时，在实践进程中，咱们会碰到很多问题，在问题前不该该畏缩，停滞不前，而应该通过自己一次次的尝试去解决问题，碰到不懂的问题要虚心请教。

不能碰到问题就逃避，咱们不在是小小孩，不能永久让他人来喂。

这才是咱们做作业的目的所在。

也只有如此咱们才能在以后的社会中占得一席之地。

参考文献：

[1]张占松，张心益

[2]张卫平

[3]蔡宣三，倪本来

[4]尹勇，李林凌

[5]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：

机械工业出版社，2002:

258～263.

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