BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 20V 10V.docx

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称:电力电子题目:BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 20V/ 10V电力电子课程设计任务书二级学院(直属学部):电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:所属组号2#指导教师职称讲师课题名称BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-20V/10V课题工作内容1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，设计双极点-双零点补偿网络2、采用MATLAB中simulink中的simpowersystems模型库搭建闭环降压式变换器的仿真模型3、观察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。4、撰写课程设计说明书，要求包括：一、封面二、任务书三、目录四、正文1、BUCK电路基本原理2、主电路参数设计设计内容及要求、主电路设计（占空比、滤波电感、滤波电容的设计）3、BUCK开关电源方案设计闭环系统框图，各模块设计方法（包括双极点双零点补偿网络的设计）4、仿真(开环和闭环仿真）仿真参数及过程描述、仿真模型图、仿真波形及仿真结果分析，含负载扰动情况下的仿真波形5、总结（含心得体会）6、参考文献（不少于6篇）指标（目标）要求输入直流电压(Vin)：20V输出电压(Vo)：10V负载电阻：输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV ，电感电流脉动：输出电流的10%开关频率(fs)：100kHzBUCK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。进程安排阅读课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法根据设计原理计算相关主要元件参数以及完成BUCK开关电源系统的设计熟悉MATLAB仿真软件的使用，构建系统仿真模型仿真调试，记录要求测量波形撰写课程设计说明书主要参考文献电力电子系统建模及控制，徐德洪，机械工业出版社开关变换器的建模与控制，张卫平，中国电力出版社《电力电子应用技术的MATLAB仿真》林飞，中国电力出版社，2009电力电子课程设计指导书本院编；电力电子技术应用教程，蒋渭忠，电子工业出版社地点秋A404起止日期目录一、课题背景11、buck电路的工作原理1二、课题设计要求2三、课题设计方案21、系统的组成22、主电路部分的设计33、闭环系统的设计44、闭环系统的仿真8四、总结及心得体会13五、参考文献14附录15一、课题背景1、buck电路的工作原理 Buck电路是由一个Mosfet S与负载串联构成的，是一种降压斩波电路，其电路如图1-1，其中RC为电容的等效电阻(ESR)。图1.1 buck变换器主电路图由驱动信号周期地控制mosfet S的导通与截止，通过改变驱动信号的占空比D，来改变输出电压Uo。当电路中上管导通时，源极电压等于输入电压，因此驱动管的栅极电压=Vin+Vgs，IC不能直接驱动，IC内部将上管的驱动路采用浮地的方式，外接自举电容组成偏置电路来驱动上管。根据开关管的通断状态列基尔霍夫电压方程：当开关管导通时：（1-1）当开关管关断时：（1-2）BUCK开关电源的应用自从20世纪70年代，用高频开关电源取代线性调节器式电源以来，高频开关电源得到了很大的发展。40多年来，高频开关电源的技术进步和发展历程有三大标志：①功率半导体开关器件用功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)取代了70年代使用的普通功率晶体管；②高频化PWM与PFM控制技术的应用和软开关技术的应用；③开关电源系统集成技术的应用。现代的高频开关电源技术是发展最快、应用最广泛的一种电力电子电源技术。可以说，凡是用电的电子设备没有不用开关电源的，如家用电器中的电视机、个人计算机、音响设备、日光灯镇流器、医院的医疗设备、通信电源、航空航天电源、UPS电源、变频器电源、交流电动机的变频调速电源、便携式电子设备的电源等，都要使用高频开关电源。这些电源功率通常仅有几十瓦至几百瓦。手机等移动电子设备的充电器也是开关电源，但功率仅有几瓦。通信交换机、巨型计算机等大型设备的电源也是开关电源，但功率较大，可达数千瓦至数百千瓦。工业上也大量应用开关电源，如数控机床、自动化流水线中，采用各种规格的开关电源为其控制电路供电。上述的开关电源最终的供电对象基本都是电子电路，电压多为3.3V，5V,12V等。除了这些应用之外，开关电源还可以用于蓄电池充电，电火花加工，电镀、电解等电化学过程等，功率可达几十至几百千瓦。在X光机、微波发射器、雷达等设备中，大量使用的是高压、小电流输出的开关电源。二、课题设计要求