基于pi控制方式2a开关电源matlab仿真研究.docVIP

基于PI控制方式的2A开关电源MATLAB仿真研究 基于PI控制方式的2A开关电源MATLAB仿真研究 PAGE \* MERGEFORMAT 8 PAGE \* MERGEFORMAT 8 PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 目录 1 绪论 2 2 设计要求 2 3 主电路参数计算 2 3.1 电容参数计算 3 3.2 电感参数计算 3 4 补偿网络设计 4 4.1原始系统的设计 4 4.2补偿网络相关参数计算 6 5 负载突加突卸 10 5.1满载运行 10 5.2突加突卸80%负载 11 6 小结 14 参考文献 15 1 绪论 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持不乱输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。 开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 Buck变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据2A负载电流的要求，设计主功率电路。为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。 2设计要求 技术指标： 输入直流电压(VIN)：15V； 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IN)2A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz. 设计主电路以及校正网络，使满足以上要求。 3主电路参数计 图1 Buck电路 图1 Buck电路 3.1 电容参数计算 输出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关 通常并未直接给出，但趋于常数，约为，此处取 可得： 3.2 电感参数计算 由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程 假设：二极管D的通态压降，电感L中的电阻压降，开关管S导通压降，其中L中串联电阻,另。 可得： 将代入方程组可解的L=88μH。 占空比: 导通角：θ=D×2×= 负载电阻： 由matlab仿真，得图2，可知当取时，电感电流在规定之间，符合的要求。 图2 电感电流 图2 电感电流 4 补偿网络设计 4.1原始系统的设计 采用小信号模型分析方法得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为： 假设PWM锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻Rx=3kΩ，Ry=1.3kΩ。 采样网络的传递函数为： 根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图3所示，MATLAB的程序如下： num=[2.25e-4 3]; den=[5.28e-8 3.52e-5 1]; g=tf(num,den); margin(g); 图3波特图 如图所得，该系统相位裕度 40.3度，穿越频率为1.49kHz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度，增加系统的快速性和稳定性。 4.2补偿网络相关参数计算 采用如图4所示的PI补偿网络。 PI环节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。称为PI调节器