BUCK开关电源闭环控制的仿真研究55V25V.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- 55V/25V目录一、课题背景31.1 BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律31.2 BUCK电路的工作原理31.3BUCK电路应用4二、目的5三、设计要求5四、设计步骤5（一）主电路参数设计5（二）滤波电感L的计算6（三）闭环系统的设计\61、闭环系统结构框图62、BUCK变换器原始回路传函的计算73、补偿器的传函设计：见附录373、闭环系统仿真8五、总结和心得9六、参考文献10七、附录11附录1：11附录2：11附录3：12附录4：12附录5：14一、课题背景1.1 BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。 电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有： 电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放 电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为： ，此增量将产生一个平均感应电势： 此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。1.2 BUCK电路的工作原理1.2.1电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析图1-2 BUCK电路的等效电路 （1）晶体管导通状态 VD关断，依据等效电路拓扑，由于电路频率很高，一个周期内 和 基本维持不变，可视为固定值， 为常数，电流变化为线性。，， 。（2）二极管VD导通模式 晶体管关断，电感续流，二极管导通 ，同样，由于 视为维持不变，则输出电流线性减小。，，，。1.3BUCK电路应用BUCK电路主要应用于低压大电流领域，其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流，其导通电阻较大，应用在大电流场合时，损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极管，可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求。此外，对Buck电路应用同步整流技术，用MOS管代替二极管后，电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器，为实现双向DC/DC变换提供了可能。在需要单向升降压且能量可以双向流动的场合，很有应用价值，如应用于混合动力电动汽车时，辅以三相可控全桥电路，可以实现蓄电池的充放电。下面介绍几种应用实例：1.3.1 UC3842电路UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。其应用领域为：开关电源；工业电源；电压反馈电路设计；反激开关电源设计。1.3.2 SG3525电路SG3525 是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。它的应用领域是：开关电源；直流变换器；逆变器设计；脉冲宽度调制。1.3.3 TL431电路TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。应用领域：电平值转换；充电器；开关电源；适配器；DVD；电视机。1