BUCK开关电源闭环控制的仿真研究28V15V.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 课 程 设 计 说 明 书 课程设计名称：电力电子技术 题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 28V/15V 课题名称 BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-28V/15V 课 题 内 容 及 指 标 要 求 课题内容： 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 指标要求： 1、输入直流电压(VIN)：28V，输出电压(VO)：15V，输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV 2、负载电阻：R=3Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=100kHz 3、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75μΩ*F 4、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 第1天 阅读课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法 第2天 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 第3天 熟悉MATLAB仿真软件的使用，构建系统仿真模型 第4天 仿真调试，记录要求测量波形 第5天 撰写课程设计说明书 起止日期 2016年6月20日-2016年6月24日 2016年6月17日 目 录 一、引言 1 二、课题简介 1 2.1 BUCK变换器PID控制的参数设计 1 2.2 BUCK电路的工作原理 1 2.3 BUCK开关电源的应用 3 三、课题设计要求 3 3.1 课题内容 3 3.2 参数要求 3 四、课题设计方案 4 4.1 系统的组成： 4 4.2 主电路部分的设计 5 4.3 闭环系统的设计 5 4.4 闭环系统仿真 10 五、总结及心得体会 13 六、参考文献 13 七、附录 14 一、引言 随着电力电子技术的快速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压、大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。 IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。 二、课题简介BUCK电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输入电压Ui。通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。简单的BUCK电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID控制器，实现闭环控制。可通过采样环节得到PWM调制波，再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK电路闭环PID控制系统。 BUCK变换器PID控制的参数设计 图1 buck电路主电路图 当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。电路工作时波形图如图2所示： 图2 IGBT导通时的波形 当t=t1时刻，控制IGBT关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u0近似为零，负载电流指数曲线下降