1、基于PD控制方式的5A開關(guān)電源MATLAB仿真研究學(xué)院：電氣與光電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 0 緒論Buck變換器最常用的變換器，工程上常用的拓?fù)淙缯ぁ霕颉⑷珮颉⑼仆斓纫矊儆贐uck族，其優(yōu)點(diǎn)有輸出電流紋波小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變比可調(diào)，實(shí)現(xiàn)降壓的功能等。然而其輸出電壓紋波較大，buck電路系統(tǒng)的抗干擾能力也不強(qiáng)。為了使其具抗干擾能力，輸出電流達(dá)到所需的等級(jí)，減小其電壓紋波，現(xiàn)設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)使其閉環(huán)，提高系統(tǒng)的能力。1 設(shè)計(jì)要求技術(shù)指標(biāo)：輸入直流電壓(VIN)：10V；輸出電壓(VO)：5V；輸出電流(IN)：5A；輸出電壓紋波(Vrr)：50mV；基準(zhǔn)電壓(Vref

2、)：1.5V；開關(guān)頻率(fs)：100kHz.設(shè)計(jì)主電路以及校正網(wǎng)絡(luò)，使?jié)M足以上要求。2 主電路參數(shù)計(jì)算主電路如圖1圖1 Buck電路2.1 電容參數(shù)計(jì)算輸出電壓紋波只與電容C和電容等效電阻有關(guān) (1)通常并未直接給出，但趨于常數(shù)，約為，此處取可得： 2.2 電感參數(shù)計(jì)算由基爾霍夫電壓定律可知開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷滿足下列方程 (2)假設(shè)： 其中L中串聯(lián)電阻可得：由matlab仿真，得圖2，可知當(dāng)取時(shí)，電感電流在4.91A-4.99A之間脈動(dòng)，符合的要求圖2 電感電流3 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原始回路增益函數(shù)采用小信號(hào)模型分析方法可得buck變換器原始回路增益函數(shù) (1) 假設(shè)：PWM鋸齒波幅值采樣電阻；則采樣

3、網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)可得極點(diǎn)頻率零點(diǎn)頻率原始函數(shù)增益為：圖3 原始回路伯德圖相位裕度：40.3°穿越頻率：1.47e3+003Hz根據(jù)要求相位裕度應(yīng)達(dá)到50°-55°穿越頻率提升到（即10kHz-20kHz）均不滿足，因此需提高其相位裕度，穿越頻率。 PD補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)PD補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)通常以為超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)近似代替，超前校正網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為： (2)假設(shè)：期望的相位裕度；穿越頻率為了提高系統(tǒng)穿越頻率，則需要在其幅值下降前抬高它的下降速度為-20db/s，才能提高其穿越頻率。因此令：補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)零點(diǎn)頻率 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)極點(diǎn)頻率則：公式求得補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增益：可得：圖4 校正網(wǎng)絡(luò)

4、伯德圖(PD)在不忽略電容等效電阻的情況下，系統(tǒng)低頻段多出一個(gè)零點(diǎn)，抑制了相位裕度的范圍，只使用單一的PD調(diào)節(jié)難以做到既滿足相位裕度，又滿足幅值穿越頻率。因此這里暫時(shí)忽略電容等效電阻帶來(lái)的影響。整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下：圖5 整個(gè)系統(tǒng)伯德圖（PD）PD相位裕度：54.7°穿越頻率：1.73e4+04Hz因此可知，經(jīng)過(guò)校正，系統(tǒng)滿足了要求指標(biāo)圖6 總系統(tǒng)圖(負(fù)載擾動(dòng)）動(dòng))圖7 總系統(tǒng)圖(電源擾動(dòng)）圖8 系統(tǒng)仿真圖（PD）采用脈沖控制理想開關(guān)的通斷，觀察系統(tǒng)突加突卸能力（負(fù)載擾動(dòng)）：圖9 突加突卸能力（PD）由于忽略了電容等效電阻，使得輸出電壓紋波極小，小于50mv，滿足要求。系統(tǒng)在突加突

5、卸80%負(fù)載的時(shí)候效果并不很好。觀察系統(tǒng)電源突加突卸能力（電源擾動(dòng)）：圖10 電源擾動(dòng)（PD）4 小結(jié)通過(guò)已學(xué)的知識(shí)，如自動(dòng)控制原理，電力電子技術(shù)等，并且結(jié)合了開關(guān)電源技術(shù)所學(xué)知識(shí)，才完成了這次的大論文。完成了這次研究論文我對(duì)BUCK電路有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)MATALAB也有了一定的了解，可以通過(guò)它來(lái)精確繪制傳遞函數(shù)的伯德圖。我深刻的認(rèn)識(shí)到要真正掌握知識(shí)就要學(xué)會(huì)如何熟練地運(yùn)用它。平時(shí)上課，我們不能只注重課本上的知識(shí)的吸收，更要運(yùn)用于實(shí)際，學(xué)好本專業(yè)，也有利于我們將來(lái)的工作。僅僅靠學(xué)習(xí)書上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，解決實(shí)際的問(wèn)題，是需要真正理解知識(shí)，聯(lián)系相關(guān)學(xué)科，找出他們的關(guān)系，而不是將各個(gè)學(xué)科孤立起來(lái)。在考慮問(wèn)題時(shí)候，既然認(rèn)真計(jì)算每個(gè)細(xì)節(jié)，又要考慮整體的可行性，如主電路中電感的取值等等，會(huì)間接影響到最后系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如何正確的確定每個(gè)參數(shù)，是能否達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。除此之外，此次大論文還提高了我查閱資料的能力，有些知識(shí)并不能在現(xiàn)有書本上找到，需要自己去借閱圖書，上網(wǎng)查找其他的學(xué)術(shù)文章作為參考。這次的課程設(shè)計(jì)也為以后打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，我從中受益匪淺。參考文獻(xiàn)1許澤剛，李俊生，郭建江.基于電力電子的虛擬綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐J.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).20082胡壽松.自動(dòng)控制原理M.5版.科學(xué)出版社.20083王