PI控制方式的3A开关电源Multisim.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 基于PI控制方式的3A开关电源Multisim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： 目录 一、绪论 3 二、BUCK总电路设计 3 2.1技术指标 3 2.2主电路参数计算 3 2.3用Multisim软件参数扫描法计算 5 三、补偿网络设计 7 3.1原始系统的设计 7 3.2补偿网络相关参数计算 8 四、负载突加突卸 12 4.1满载运行 12 4.2突加突卸80%负载 14 五、 心得体会 15 参考文献 16 一、绪论 开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。 常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性。 二、BUCK总电路设计 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，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。 2.1技术指标 输入直流电压(VIN)：10V 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IN)：3A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz。 2.2主电路参数计算 Buck变换器主电路如图（1-1）所示，其中Rc为电容的等效电阻。 图（1-1） (1)滤波电容参数计算 输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关： (2.1) 将，带入得，电解电容生产厂商很少给出ESR，而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大，但是C与Rc的乘积趋于常数，约为。本例中取为则：（此处取900uF）。 (2)滤波电感参数计算 当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2.2）、（2.3）所示： （2.2） （2.3） 假设二极管的通态压降，电感中的电阻压降，开关管的导通降。 又因为 （2.4） 所以由式（2.2）、（2.3）、（2.4）联立可得，并将此值回代式(2.2)，可得L=41uH。 （3）负载电阻计算 （2.5） 2.3用Multisim软件参数扫描法计算 当L=31uH，L=41uH, L=51uH时，，输出电压的纹波如图(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)所示。 图(2-1) 图（2-2） 图（2-3） 图（2-4） 当L=31uH，L=41uH, L=51uH时，输出电流的纹波如图（2-5）、（2-6）所示。 图（2-5） 图（2-6） 三、补偿网络设计 3.1原始系统的设计 采用小信号模型分析方法得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为： （3.1） 假设PWM锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻Rx=3.5kohm，Ry=1.5kohm。 采样网络的传递函数为： （3.2） 根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图（3-1）所示，MATLAB的程序如下： num=[0.000150 2]; den=[0.0000000369 0.000024 1]; g0=tf(num,den);