数字式BUCK变换器的设计

数字式Buck变换器的设计作者：张军指导老师：王亚芳2一.现状及发展趋势传统的DC-DC变换器控制是通过模拟技术实现。模拟控制系统工作在连续时间状态,且具有高带宽的特点。另外,模拟系统的电压分辨率在理论上是无穷大的。然而,模拟系统通常由不连续的硬件所组成,必须更换硬件才能改变控制增益或者算法。此外,先进的控制算法也需要经过数字过渡。因此,人们对于应用于控制DC-DC变换器的数字控制技术越来越感兴趣。其复杂控制依靠软件来完成,它比复杂的模拟系统更稳定可靠。数字处理器也较少受到老化、环境或参数变化的影响。3•直流-直流交变电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路。Buck电路作为一种最基本的DC-DC拓扑，结构比较简单，输出电压小于输入电压，广泛用于各种电源产品中。Buck电路的研究对电子产品的发展具有重要的意义。二.研究的意义与价值4三.本课题的基本内容本课题探讨基于单片机控制技术的Buck变换器的设计方法。所设计的Buck变换器指标：输入直流电压10伏；输出5伏；额定电流10安培；负载调整率SI≤5%；输出噪声纹波电压峰-峰值Uopp≤0.2V。设计主电路、闭环控制电路以及过流保护电路，以及单片机编程，采用Proteus完成仿真研究。5四.课题的研究方法、技术路线6Buck变换器基本工作原理•Buck电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的，其电路如图。驱动信号ub周期地控制功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，输出电压uo可以等于或小于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。电路的主要工作波形如图4所示。789•数字系统是离散系统，但如果采样周期足够小，则数字系统可近似于连续系统。采用频域补偿设计方法实现模拟PID控制器的参数整定，通过连续系统离散化处理，可最终实现数字PID控制器的参数设计。•数字PID控制器的控制算式为：•Δu（ｋ）＝ＫｐΔｕｐ＋ＫＩΔｕＩ＋ＫＤΔｕＤ式中，Δｕｐ＝ｅ（ｋ）－ｅ（ｋ－１）；Δｕ１＝ｅ（ｋ）；ΔｕＤ＝ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２）。•模拟PID控制器参数整定完成后，将模拟控制器离散化即可实现数字PID控制器的设计。选用后向差分法作为连续系统离散化方法。后向差分公式为：•Ｇ（ｚ）＝Ｇ（ｓ）｜｜ｓ＝(ｚ－１)/TZ选取采样周期Ｔ，对式（３）进行离散化处理，整理得：Δｕ（ｋ）＝ＫｐΔｕｐ＋ＫｉＴΔｕＩ＋(ＫＤ/T)ΔｕＤ将上式与数字PID控制算式对比，可得模拟PID控制器参数离散化公•ＫＰ＝ＫｐＫＩ＝ＫｉＴＫＤ＝Ｋｄ／Ｔ数字PID控制器设计10•本设计采用美国TI公司提供的TMS320F2808DSP实现数字控制系统。利用TMS320F2808提供的增强型脉冲宽度调制(洲)模块来实现数字PWM。该模块可实现分辨率高达150ps的高精度PWM•由于选用了16位ADC，为了防止产生稳态极限换振荡，必须使数字PWM的精度大于16位。已知DSP的时钟是100MHz，载波频率为20KHZ,则数字PWM的精度小于13位。为了提高数字PWM的精度，选用TMS320F2808提供的增强型脉冲宽度调制(EPWM)模块来实现。其等效的数字PWM精度大于18位。满足精度的要求。数字PWM11谢谢