1、图3-1 Buck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Vpp50mV ,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:
2、(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
3、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
4、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
5、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
6、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,Pulse Generator,Ideal Switch,R,Voltage Measurement,Scope,Transport delay,gelding,Transfer Fcn,Saturation,3.7.2 仿真电路参数的设置输入的直流电压为18
7、V。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。设置仿真时间为0.04s,采用ode23s算法,可变步长。设置传输延迟(Transport Delay)的时间延迟(Time Delay)为0.006,积分(Integrator)的饱和度上限(Upper saturation limit)为0.8349,下限为0.832,绝对误差(Absolute tolerance)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
8、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
9、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1 MATLAB所用程序:clc;clear;Vg=32;L=1.624*10(-4);C=9*10(-4);fs=80*103;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,
10、phase_G0=bode(G0,fg*2*pi);marg_G=1/marg_G0;AV1=fz2/fg*marg_GAV2=fp2/fg*marg_GR2=10*103;R3=R2/AV2C1=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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