基于PD控制方式的7A开关电源PISM仿真研究.docx

常 州 工 学 院基于PD控制方式的7A开关电源PISM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：0引言开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源。它以小型、高效、轻量的特点被广泛应用于各种电子设备中。开关电源控制部分绝大多数是按模拟信号来设计和工作的，其抗干扰能力不太好，信号有畸变。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。1.Buck变换器主电路设计1.1技术指标输入直流电压（VIN）：10V输出电压（VO）：5V输出电流（IN）：7A输出纹波电压（Vrr）：50mV基准电压（Vref）：1.5V开关频率（fs）：100KHZ1.2 Buck主电路图1 Buck主电路1.3主电路个参数计算1.3.1滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C的大小以及用量有关：但C与RC的乘积趋于常数,约为50～80μΩ·F。本例中取为71.42μΩ·F。由式( 1) 可得：1.3.2滤波电感参数计算根据基尔霍夫电压方程,可知开关管S 闭合与导通状态输入电压和输出电压满足如下关系: 　　　　　　　　　　　　假设二极管通态压降VD=0.5V，电感L中的电阻压降VL=0.1V，开关管S导通压降VON=0.5V。由 ，解得TON=6.15μs，电感串联电阻=0.71Ω,L=107.625μH。1.3.3采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真输出电压和电流以及输出纹波如下：当L=87.625μH图2（L=87.625μH）（2）当L=127.625μH图3（L=127.625μH）当L=107.625μH图4（L=107.625μH）由图4可知，当L=117.625μH时，电感电流在7.2～7.5之间脉动，符合ΔiL≤0.2IN=0.2。2.控制方案及参数设计2.1原始回路有关计算1.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为： （4）假设PWM锯齿波幅值=1.5V，=3，=1.3，由此可得采用网络传递函数 ，原始回路直流增益。计算如下： 极点频率根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图5所示，MATLAB的程序如下num=[0.0007142,2];den=[0.000000215250,01];g=tf(num,den);margin(g)图5 原始传递函数的Bode图2.2补偿网络设计2.2.1 PD补偿网络电路图图6 PD补偿网络结构图PD补偿网络传递函数为： ， ， ， PD补偿网络的传递函数可以得到的波特图如图8所示，MATLAB的程序如下：num=[144.4377e-5 57.09];den=[2.53e-6 1];g=tf(num,den);margin(g);图7 补偿网络的的Bode图2.2.2 确定补偿网络的参数为了提高穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率=（～），设，相位裕度控制在50o～55o。设相位裕度，PD补偿网络的零、极点频率计算公式为：所以 ， PD补偿网络直流增益为：则???????系统传递函数为：（电容内阻忽略）（电容内阻忽略）根据系统的传递函数可以得到系统的波特图如图9所示，MATLAB的程序如下：num=conv(659.4,[2.34e-5 1]);den=conv([2.1525e-7,1.5158e-4,1],[2.74e-6 1]);g=tf(num,den);margin(g);图8 系统传递函数的Bode图由图知：，（50o，55o）满足条件。图9 系统bode图2.2.3补偿网络电路中参数的计算设，由上式可得，，PD补偿网络如图9（满载）：图10 PD补偿网络图图11 Psim仿真图突加突卸80%的负载图12突加突卸80%负载图11为突加突卸80%负载时的输出电流和输出电压波形图：图13突加突卸80%的仿真图结语通过本次开关电源设计，我们更加深刻的理解了buck电路，以及学会了使用Psim仿真软件和Matlab。在自己实践的同时也印证了课本里学习的重点知识，也让我们知道了学习的重要性，设计是一项十分考验知识水平和个人运用能力的综合训练。在设计是我们遇到了很多的平时不了解的方面，也在运用软件方面有了更紧一步的深入，软件的熟练程度也有了提高，设计的同时并没有单独的用到电源的知识，也用到了相关科目的知识，对我们综合的能力也有了很高的要求，当然在设计的同时也得到了同学们的帮助和帮忙，终于可以完成这项十分考验知识水平和个人能力的任务。这让我充分认识到了自主学习的重要性，以及自己知识储备不足，我会在日后的学习生活中加强综合训练。参考文献[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2002:258～263.[2]许泽刚，李俊生，郭建江.基于电