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基于PID控制方式的9A开关电源Multisim

仿真研究

学院：电光学院

专业：电气工程及其自动化

班级：

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目录

TOC\o1-6”\h\u326331。引言3

310112.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计3

312812.1设计指标3

251102。2Buck主电路的参数设计4

24782。3用Multisim软件参数扫描法计算5

214393．PID补偿网络设计8

222573.1主电路直流增益计算8

320853。2补偿网络的设计：控制方式为PID。9

157883.3变换器传递函数及波特图11

224834。Buck变换器的负载突加突卸仿真12

222194.1总电路图的设计如图12

53184。2突加突卸80％负载14

1595。小结15

2157参考文献15

1。引言

开关调节系统常见的控制对象,包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定,需要引入一个负反馈。粗略的讲,只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如,已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度,则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧,设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。

常用的控制器有比例积分(PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分(PID)等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。

2。基于PID控制方式的Buck电路的综合设计

Buck变换器最常用的电力变换器,工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路.

2.1设计指标

输入直流电压（VIN):10V;

输出电压（VO）：5V;

输出电流（IIN）：9A;

输出电压纹波(Vrr)：50mV；

基准电压（Vref）：1。5V；

开关频率(fs）：100kHz。

Buck变换器主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR.

图1Buck变换器的主电路主电路

图1Buck变换器的主电路主电路

2.2Buck主电路的参数设计

(1）滤波电容参数计算

输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关：

(1）

电解电容生产厂商很少给出ESR,而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大，但是C与Rc的乘积趋于常数，约为.本例中取为

(2）滤波电感参数计算

当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式(2）、(3)所示：

（2）

（3）

假设二极管的通态压降VD=0.5V,电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管的导通压降VON=0。5V。

又因为

(4)

所以由式(2)、(3）、（4）联立可得TON=5.6μS，并将此值回代式(2），可得L=13。69μH。

实际取14μH.

2。3用Multisim软件参数扫描法计算

当L=14uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图2所示。

2

2

当L=8uH时,输出电压和电流以及输出电压纹波如图

当L=18uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图所示。

3．PID补偿网络设计

3.1主电路直流增益计算

现假设PWM锯齿波幅值Vm为1.5V

采样网络传递函数

负载电阻值

品质因数

直流增益

双重极点频率：

即