基于PD控制方式的5A开关电源MATLAB.docx

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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：

姓名：

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，抑制了相位裕度的范围，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，李俊生，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]胡寿松.自动控制原理[M].5版.科学出版社.2008

[3]王中鲜，赵魁，徐建东.MATLAB建模与仿真应用教程[M].2版.机械工业出版社.2014

[4]魏艳君，李向丽，张迪.电力电子电路仿真：

MATLAB和PSpice应用[M].机械工业出版社.2012