BUCK开关电源的应用文档格式.docx

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：