正激变换器及其控制电路的设计及仿真

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1、正激变换器及其控制电路的设计及仿真电气工程张朋13S053081设计要求：1、输入电压：100V（±20％）；2、输出电压：12V；3、输出电流：1A；4、电压纹波：＜70mV（峰峰值）；5、效率：η＞78％；6、负载调整率：1％；7、满载到半载,十分之一载到半载纹波＜200mV。第一章绪论1.课题研究意义：对于大部分DC/DC变换器电路结构，其共同特点是输入和输出之间存在直接电连接，然而许多应用场合要求输入、输出之间实现电隔离，这时就可以在基本DC/DC变换电路中加入变压器，从而得到输入输出之间电隔离的DC/DC变换器。而正激变化器就实现了这种功能。2.课

2、题研究内容：1、本文首先介绍了正激变换器电路中变比、最大占空比和最小占空比、电容、电感参数的计算方法，并进行了计算。2、正激变换器的控制方式主要通过闭环实现。其中闭环方式又分为PID控制和fuzzy控制。本文分别针对开环、PID控制，fuzzy控制建立正激变换器的Matlab仿真模型，并进行仿真分析了，最后对得出的结果进行比较。第二章：正激电路的参数计算本章首先给出正激变换器的等值电路图，然后列出了正激变换器的四个主要参数的计算方法，并进行了计算。1、正激变换器的等值电路图图1正激变换器等值电路图2、参数计算（1）变比n根据设计要求，取占空比D=0.4，根据

3、输入电压和输出电压之间的关系得到变比：n===3.3（2）最大、最小占空比最大占空比Dmax定义为Dmax=，式中Uin(min)=100-20=80V，Uout=12V，n=3.3，，Ud为整流二极管压降，所以Dmax=0.495。最小占空比Dmin定义为Dmin=，式中Uin(max)=120V，所以Dmin=0.333。（3）电容电容的容量大小影响输出纹波电压和超调量的大小。取开关频率f=200KHZ，则T=5×10-6s，根据公式：C=，式中取Iripple=0.2A，Vripple=0.07mV，所以C=1.79μF。为稳定纹波电压，放大电容至50

4、μF。（4）电感可使用下列方程组计算电感值：Uout=L×，dt=，式中Uout=12V，di取为0.2A，Dmin=0.333,所以L=0.334mH。第三章正激变换器开环的Matlab仿真本章首先建立了正激变换器开环下的Matlab仿真模型，然后对其进行了仿真分析。1、仿真模型的建立根据之前的等值电路图和参数的计算结果，可以对正激电路进行建模，其开环模型如图2：图2正激电路的开环仿真模型2、仿真结果在Matlab上进行仿真，得到如下的输出电压,及其纹波，输出电流及其纹波的波形：图3开环电压波形图4开环纹波电压图5开环电流波形图6开环纹波电流从图中可以看出

5、，开环占空比为40％时输出电压不能达到12V，只能稳定在11.98V左右，纹波电压为1mV，输出电流是0.998A，纹波电流不到0.1mA。虽然纹波电压符合要求，但输出电压值和电流值不符合要求，且电压有较大超调。分析其原因，可能是由于电路中的二极管压降以及变压器参数的影响。需要调大占空比才能稳定到12V。且开环系统有较弱的抗干扰性，不够稳定，因此应采用闭环。第四章正激变换器闭环PID的Matlab仿真本章首先介绍了工程上对系统的闭环稳定条件的要求，然后对开环系统绘制了伯德图，接着根据其开环幅频和相频特性曲线来确定所加PID环节的三个主要参数，进行闭环系统的M

6、atlab仿真，得到经过两次切载后的输出电压波形和输出电流波形，并进行了分析。1、闭环稳定的条件：（1）开环Bode图的幅频特性曲线中增益为1的穿越频率应等于开关角频率的1/5~1/10。（2）幅频特性曲线应以-20dB的斜率穿越横轴。（3）相位裕量γ＞45°。2、开环传递函数：查阅资料得到未补偿的开环传递函数为：G0(S)=,代入数据，得到G0(S)=。3、未补偿的开环传函的Bode图图7开环传递函数伯德图从图中可以看出，穿越频率为6.89103Hz，小于要求的最小开关频率=20000Hz，且以-40dB穿越横轴，相位裕度仅为1°。三项指标都不符合。因此必

7、须加入补偿环节。4、补偿函数的确定首先确定补偿后系统的剪切频率fc1==2.5×104Hz，ωc1=2πfc1=1.57×105rad/s。在f=2.5×104Hz处，原伯德图的增益为-22.6dB，相角为-179°。取相位裕度为50°，则需补偿49°。新补偿的函数可分为PD和PI两部分（1）PD环节设PD环节的传递函数为G1=Kp（1+τs），作出其伯德图，得到以下比例关系：，所以τ=7.33×10-6。又20lgKp=22.6，所以Kp=8.848。得到G1=8.848（1+7.33×10-6s）（2）PI环节取PI环节传函为G2=。（3）补偿传函G3G

8、3=G1×G2=。即Kp=8.848,Ki=8848