BUCK开关电源的应用.

目录第1章课题背景.........................................................................................................11.1BUCK电路的工作原理...................................................................................11.2BUCK开关电源的应用...........................................................................1第2章课题设计要求.................................................................................................1第3章课题设计方案.................................................................................................13.1参数................................................................................................................13.2系统的组成....................................................................................................23.3主电路部分的设计........................................................................................23.3.1滤波电感的计算.................................................................................33.3.2滤波电容的计算.................................................................................33.4开环系统的分析............................................................................................33.4.1开环原始传递函数的计算.................................................................33.4.2开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分析图.........................43.5闭环系统的设计............................................................................................43.6双极点双零点补偿控制器的设计................................................................53.6.1补偿网络电路的原理分析.................................................................53.6.2补偿器伯德图.....................................................................................73.6.3加入补偿器后系统伯德图分析.........................................................83.7闭环系统的仿真............................................................................................93.7.1电路模块的添加.................................................................................93.7.2仿真电路参数的设置.........................................................................93.7.3仿真结果...........................................................................................10第4章总结心得.......................................................................................................10第5章参考文献.......................................................................................................11第6章附录...............................................................................................................111第1章课题背景1.1BUCK电路的工作原理BUCK开关电源功能是将电能质量较差的原生态电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。1.2BUCK开关电源的应用开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。它巨大的作用决定了对它研究的意义。第2章课题设计要求1.根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完成开关电路的设计2.根据设计步骤和公式，设计双极点-双零点补偿网络，完成闭环系统的设计3.采用MATLAB中simulink中simpowersystems模型库搭建开环闭环降压式变换器的仿真模型4.观察并记录系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载电流的波形第3章课题设计方案3.1参数图3-1Buck变换器主电路图21、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Vpp≤50mV，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75Fu*。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：tionlloinddLVVVV（ontiLtIdd）（1）当s关断时有：DllooffVVVtIL（2）t与sf的关系：soffonftt1（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33.3.1滤波电感的计算由公式LrrcIVR，其中NLII1.0（4）RVIoN，其中vVo18，R=3（5）FuRCc75（6）设计要求中mvVrr50，求得121cR，FC4^10*9。3.3.2滤波电容的计算由前面的公式（1），（2），（3）及一些参数vVIN32，vVO18，vVL5.0，vVOn5.0，vVD5.0。算得：ston6^10*27.7，stoff6^10*23.5，HL4^10*62.1。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refmVV，yxyorefrRRRVV*（8）其中xR，yR是分压电阻，它们的取值是不固定的，但是他们的单位要是K级的，这样整个电路的误差会小。此次设计18yxRR，它们的单位是K。yxyRRRsH)(（9）将数据代入公式（7），得4^1094^1062.134^1062.11)12110*91(321821)(20ssssG4=15^104.57^10458.178.14^1033.12sss3.4.2开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分析图将)(0sG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mP=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5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：)(sGc211332121123312(1)[1()]()[()](1)(1)csRCsRRCGsRCCsRCCssRCCC（10）6有源超前-滞后补偿网络有两个零点、三个极点。HzLCfpp51.4164^1094^1062.114.321212,1（11）HzCRfcZO67.21314^10912114.32121（12）HzffpoZ38.31251.41675.075.01（13）HzffpoZ51.4162（14）HzffZOp67.21312（15）kHzffsp4028023（16）零点为：38.31221121CRfZ（17）51.41621)(21313312CRCRRfZ（18）极点为：1pf为原点33221CRfp（19）21212321CCCCRfp（20）频率1zf与2zf之间的增益可近似为:211RAVR（21）在频率2pf与3pf之间的增益则可近似为：21322133RRRRAVRRR（22）考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取（sf为开关频率）：165805sgffkHz(23)开环传函oGs的极点频率为：HzLCfpp51.4164^1094^10624.114.321212,1(24)7将cGs两个零点的频率设计为开环传函oGs两个相近极点频率的12，则HzfffppZZ26.20851.41621212,121(25)将补偿网络cGs两个极点设为kHzfffspp8032,以减小输出的高频开关纹波。1221)2(RRfjGcffAVggZ(26)3222)2(RRfjGcffAVggp(27)根据已知条