电力电子技术课程设计-buck开关电源闭环控制的仿真研究80v60v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-80V/60V2016年6月目录一、课题背景31.1BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律3151.2BUCK电路的工作原理4二、目的5三、设计要求5四、设计步骤6（一）主电路参数设计6（二）滤波电感L的计算6（三）闭环系统的设计6五、总结和心得10六、参考文献10七、附录11一、课题背景1.1BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律BUCK变换器也称降

2、压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，主要用于电力电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻(ESR)。15图1-1BUCK电路基本结构图在上图所示电路中，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的直流分量可以通过，而抑制的谐波分量通过；电容上输出电压就是的直流分量再附加微小纹波。由于电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波很小，相对于电容上输出的直流电压V有：。电容上电压宏观上可以看作恒定。电路

3、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个，宏观上可以看作是恒定电流，这就是开关电路稳态分析中的小扰动近似原理。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

4、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：

5、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。151.2BUCK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（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

6、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。15二、目的1.了解开、闭环降压拓扑的基本结构及工作原理；2.掌握BUCK开关电源

7、电路中各元器件选择和主要参数的计算；3.运用Matlab仿真软件对所设计的开、闭环降压电路进行仿真。4.掌握降压电路电压控制双极点、双零点补偿器环节的设计与仿真技术。三、设计要求输入直流电压(VIN)：80V输出电压(VO)：60V输出电流(IN)：10A输出电压纹波(Vrr)：50mV5、开关频率(fs)：100kHz6、负载突变为80%的额定负载7、电流脉动峰-峰值：8、二极管的通态压降VD=0.5V，电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V9、采用压控开关s2实现80%的额定

8、负载的突加、突卸，负载突加突卸的脉冲信号幅值为1.周期为0.0125，占空比2%，相位延迟0.0065s。四、设计步骤（一）主电路参数设计1、电容等效电阻RC和滤波电感C的计算Buck变换器主电路如图下所示，其中RC为电容的等效电阻(ESR)。15图4-1Buck变换器主电路图输出纹波电压只与电容的容量以及ESR有关，（式1-1）电解电容生产厂商很少给出ESR，但C与RC的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF。本例中取为75μΩ*F。计算出RC和C的值。C=1500（二）滤波电感L的计算开关管闭