光隔型DCDC开关电源稳压系统设计课案.docx

综合课程设计报告 题目光隔型DC/DC开关电源稳压系统设计学院 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 张卫、孟明完成日期 2016-05-28 课程设计目的 （一）加强工程实践能力——锻炼 （二）培养知识综合运用——能力 本课程设计的重点是围绕着控制系统的建模、分析、校正（确定调节律）及系统的实现技术等环节进行，着重培养学生具有综合运用已学的《自动控制原理》、《模拟电子》、《数字电子》、《电力电子技术》及控制系统MATLAB仿真等知识，分析、设计简单控制系统的初步能力，并具有运用EDA软件——Protel99se或DXP，规范地绘制电路原理图的基本能力。 二、课程设计题目与要求 1、题目： 光隔型DC/DC开关电源稳压系统设计 主要参???： 输入：24VDC（允许的波动范围10~30VDC）； 输出：12VDC； 额定功率：120W； 负载率：（10-100）%； 其他：调制频率25KHz； L=125μH、C=1800μF 主电路方案：半桥式（MOSFET） 2、设计要求： （1）确立主电路，并用Protel99se/DXP进行规范的绘制； （2）建立系统的对象数学模型，分析负载扰动的影响； （3）选择调节规律，并估算调节器参数； （4）进行MATLAB仿真结果调整调节器参数，使得： 初级仿真分析：在负载率分别为：10%、20%、50%、100%时，研究系统对给定值的阶跃响应性能，并希望在负载率为10%时的超调量小于40%。 三、数学建模与调节器的参数 1、开关电源控制系统结构 2、开关电路主回路的理想开关模型 3、可以建立状态空间平均模型和状态方程 其中， 4、传递函数 局部线性化得到小信号模型，可以求解出状态变量与电压输入扰动和控制量d（占空比）间的传递函数： 为工作点处输入电压值 5、PWM比较器 输入：控制直流电平u，输出：占空比d 锯齿波Us=KT，（K为锯齿波上升段斜率），则 则传递函数为： 6、调节器（PID）的传递函数 其中， 四、MATLAB仿真分析 1、负载率为10%时： R= = =12Ω L*C= * =2.25/10^7 L/R==1.04/10^5 则开关电路传递函数： Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1= PWM比较器传递函数： 故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1 开关电源的PID控制系统仿真电路： 仿真结果: 2、负载率为20%时： R= = =6Ω L*C= * =2.25/10^7 L/R==2.08/10^5 则开关电路传递函数： Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1= PWM比较器传递函数： 故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1 开关电源的PID控制系统仿真电路： 仿真结果： 3、负载率为50%时： R= = =2.4Ω L*C= * =2.25/10^7 L/R==5.2/10^5 则开关电路传递函数： Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1= PWM比较器传递函数： 故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1 开关电源的PID控制系统仿真电路： 仿真结果： 3、负载率为100%时： R= = =1.2Ω L*C= * =2.25/10^7 L/R==10.4/10^5 则开关电路传递函数： Uc(s)/d(s)=Uic/LCs2+L*s/R+1= PWM比较器传递函数： 故可得出PID参数：Kp=8 、Ki=30、Kd=0.1 开关电源的PID控制系统仿真电路： 仿真结果： 五、硬件电路原理图设计分析与元器件选择 1、开关电源原理框图 2、开关电源原理框图 3、硬件电路原理图设计分析与元器件选择 1.半桥逆变与整流模块： 半桥逆变的工作原理为：当两只晶体管都截止时，若两只电容的容量相等且电路对称，则电容中点A的电压为输入电压的一半。当Q1导通时，电容C2将通过Q1、变压器初级绕组N1放电；同时，电容C1则通过输入电源、Ql和T的原边绕组Nl充电。中点的电位在充、放电过程中将按指数规律下降。在Ql导通结束时，中点的电位为1/2E-ΔE，且两只晶体管全都截止。两只电容和两只高压晶体管的集射极间的电压基本上相等，都接近于输入电源电压的一半。相反Q2导通时，C1放电、C2充电，中点的电位将增至1/2E+△E，即该点电位在开关过程中将在1/2E的电位上以±ΔE的幅值进行指数变化。由此可见，在半桥式电路中，变压器初级线圈在整个周期中都流过电流，磁心利用得更充分。 变压器的变比N1/N2在此处取2:1。