电力电子技术课程设计-buck开关电源闭环控制的仿真研究48v12v大学论文.doc

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1、CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY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-48V/12V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-20V/8V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

2、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)：48V，输出电压(VO)：12V，输出电压纹波峰-峰值Vpp≤50mV2、负载电阻：R=1Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=100kHz3、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，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

3、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日目录第一章课题背景11.1BUCK电路的工作原理11.2BUCK开关电源的应用2第二章课题设计要求52.1课题设计内容52.2课题设计指标要求5第三章课题设计方案63.1系统的组成63.2主电路部分的设计73.3闭环系

4、统的设计83.3.1开环原始传递函数的计算83.4双极点双零点补偿控制器的设计93.4.1有源超前-滞后补偿网络93.4.2补偿器的传递函数93.4.2伯德图及相角裕量113.5闭环系统的仿真123.5.1传递函数123.5.2仿真结果12第四章总结及心得体会16参考文献17附录18第一章课题背景1.1BUCK电路的工作原理降压电路的原理图如图1.1.1所示。该电路使用一个全控器件S，图中为MOSFET。图1.1中，为在S关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。图1.1降压电路的原理图S导通时，等效电路图

5、如图1.2所示，输入端电源通过开关管S及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电。电感相当于一个恒流源，起传递能量作用电容相当于恒压源，在电路里起到滤波的作用。图1.2等效电路图S关断时，等效电路图如图1.3所示，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。20图1.3等效电路图图1.4中S的Vo波形所示，在t=0时刻驱动S导通，电源Vi向负载供电，负载电压vo=vi，负载电流io按指数曲线上升。当t=t1时刻，控制开关S关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压Vo

6、近视为0，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串联的电感L值较大。到一个周期结束，再驱动S导通，重复上个周期的过程，当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为Vo=。（1-1）（1-1）式中，ton为S处于通态的时间；toff为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比，简称占空比或导通比。由公式可知，输出到负载的电压平均值Vo最大为，减小占空比，Vo随之减小。因此将该电路称为降压电路。图1.4波形图1.2BUCK开关电源的应用开关电源一般有BUCK型（也叫降压型）

7、，BOOST（也叫升压），还有很少用到的BUCK-BOOST型（也叫升降压型），BUCK型开关电源就是降压到自己需要的电压，其基本构造一般是大功率开关管（比如大功率MOS管，一般都用MOS管，还有专门的POWERMOS）与负载串联构成。20在20世纪60年代很流行，是几十亿美元产值的主要技术根据，但这种的效率还是很低，于是随后出现了MOS管工作在非线性区即开关状态下的开关电源，正是MOS管的开和断，开关电源才因此而得名，对于AC/DC的BUCK型开关电源，前级还是要经变压器降压，以及全波整流和滤波后得到Udc，此时Ud

8、c的纹波还是较大，波动范围大概与电网电压的波动成线性比，大概在正负10%左右，假设MOS管导通的时间为T1，截止的时间为T2，那么T1比（T1+T2）的值就是占空比q，假设输出电压为Uo,那么理论上Uo=q*Udc，在Udc与Uo之间需要加续流肖特基和LC滤波电路，以便得到尖峰和纹波更小的输出电压Uo,电感和电容的值不能太小，否则