BUCK开关电源闭环控制的仿真研究50V20V.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50V/20V 2016年6月 电力电子课程设计任务书 二级学院：电气与光电工程学院 班级：13电二 组号： 6# 专业：电气工程及其自动化 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50V/20V 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)：50V，输出电压(VO)：20V，输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV 2、负载电阻：R=2Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=70kHz 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、课题背景 1 1.1BUCK电路的工作原理 1 1.2BUCK开关电源的应用 2 二、课题设计要求 3 三、课程设计方案 3 3.1系统的组成 3 3.2主电路的设计 4 3.2.1滤波电容C的计算 4 3.2.2滤波电感L的计算 4 3.3闭环系统的设计 5 3.3.1、闭环系统结构框图 5 3.3.2系统结构框图 5 3.4 BUCK变换器原始回路传函的计算 6 3.5补偿器的传函设计 7 四、BUCK电路Matlab仿真 9 4.1 BUCK电路闭环电路的仿真 9 4.1.1 主电路的Matlab仿真 9 4.1.2仿真参数设置及仿真结果 10 4.2 BUCK电路闭环带扰动电路的仿真 11 4.2.1 主电路的Matlab仿真 11 4.2.2 参数设置及仿真结果 12 五、总结 14 六、参考文献 15 七、附录 16 一、课题背景 1.1BUCK电路的工作原理 图1-1简单Buck电路原理图 电路工作过程：该电路使用一个全控型器件，图中为Mosfet，也可以使用其他器件，若采用晶体管，需设置使晶体管关断的辅助电路。图1-1中，为在Mosfet关断时给负载中的电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。滤波电容C起到稳压的作用。如图1-2中V的栅极电压Ugk波形所示，在t=0时刻驱动开关管导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E,负载电流i0按指数曲线上升。当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压U0近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为使负载电流连续且脉动小，通常使串联的电感L值较大。至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。输出电压：； 图1-2 图1-3 上式中，ton为V处于通态的时间；toff为V处于断态的时间；T为开关周期；a为导通占空比，简称占空比或导通比。 1.2BUCK开关电源的应用 开关电源一般有BUCK型（也叫降压型），BOOST（也叫升压），还有很少用到的BUCK-BOOST型（也叫升降压型），BUCK型开关电源就是降压到自己需要的电压，其基本构造一般是大功率开关管（比如大功率MOS管，一般都用MOS管，还有专门的POWERMOS）与负载串联构成。在20世纪60年代很流行，是几十亿美元产值的主要技术根据，但这种的效率还