BUCK开关电源闭环控制的仿真研究50V30V.docx

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/30V2016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：4# 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/30V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)：30V，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)=70kHz3、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1qV，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*F4、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20目录一、 BUCK电路的基本原理1二、 主电路图的设计21主电路参数设计2三、 闭环系统框图31系统传递函数框图32的计算3四、补偿器传递函数设计及系统仿真41 补偿器传递函数设计72闭环系统的仿真7五 设计总结10六 参考文献11七 附录12程序112程序212BUCK电路基本原理Buck变换器主电路图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.驱动信号Ug周期地控制Mosfet S的导通与截止，通过改变Ug的占空比D，改变输出电压U0。　Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。　LDO的特点：① 非常低的输入输出电压差② 非常小的内部损耗③ 很小的温度漂移④ 很高的输出电压稳定度⑤ 很好的负载和线性调整率⑥ 很宽的工作温度范围⑦ 较宽的输入电压范围⑧ 外围电路非常简单，使用起来极为方便。 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。二、主电路图的设计1、输入直流电压(VIN)：50V，输出电压(VO)：30V，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)=70kHz3、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1qV，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*F4、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主电路参数设计（一）电容等效电阻RC和滤波电感C的计算Buck变换器主电路如图下所示，其中RC为电容的等效电阻(ESR)。输出纹波电压只与电容的容量以及ESR有关，电解电容生产厂商很少给出ESR，但C与RC的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF。本例中取为75μΩ*F。RC=0.05Ω=50mΩ，C=0.0015F=1500uF。（二）滤波电感L的计算开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程，假设二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V。利用，可得TON=8.7μS，L=169.6μH当L=1