基于multisim控制方式的仿真研究

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1、2013年10月目录一绪论2二实验目的2三实验要求2四主电路功率的设计2（1）buck电路2（2）用Multisim软件参数扫描法计算3(3)交流小信号模型中电路参数的计算4（4）采用小信号模型分析5五补偿网络的设计6六总电路图的设计7（1）总电路图的设计图9（2）总电路的仿真图9七心得体会11八参考文献1211一绪论Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路二实

2、验目的(1)了解Buck变换器基本结构及工作原理；(2)掌握电路器件选择和参数的计算；(3)学会使用Multisim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真;(4)学会使用Multisim仿真软件对控制环节的仿真技术;(5)学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度.三实验要求输入直流电压(VIN)：15V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：1A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz。四主电路功率的设计（1）buck电路图4-1-1：11buck电路图

3、4-1-1=250mΩ（出于实际考虑选择250mΩ）c*Rc的乘积趋于常数50~80uF，我使用62.5μΩ*F，由式(1)可得RC=250mohm，C=250μF（出于实际考虑取250μF）开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如下式所示：设二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V。经计算得L=87.66uH。（注：在实际电路中，取L=88μH）（2）用Multisim软件参数扫描法计算：当L=70uH时，输出电压纹波4-2-1当L=80uH时，输出电压纹

4、波如图4-2-2如图4-2-2当L=87.66uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-111图4-2-1当L=90uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-3图4-2-3(3)交流小信号模型中电路参数的计算如下：占空比：11直流增益：，双重极点频率：品质因数：，在具有双重极点的传递函数中，频率特性在极点频率附近变化非常剧烈，其中相频特性变化非常剧烈段的起始频率fa和终止频率fb，由下可以确定：（4）采用小信号模型分析经分析得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为：＝＝假设PWM锯齿波幅值Vm＝1.

5、5V，RX＝3，Ry＝1.3，由此可得采样网络传递函数=0.3，原始回路直流增益＝3。双重极点频率:=1.076kHz用matlab画出的G0（s）的伯德图：程序：num=[0.0002253];den=[0.0000000530.0000349941];[mag1,phase1,w1]=bode(num,den);11margin(mag,phase,w)如图所得，该系统相位裕度40.3度，穿越频率为1.49e+003Hz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度。使其快速性

6、和稳定性增加。五补偿网络的设计设计步骤步骤1本设计采用的PD补偿网络进行设计，PD补偿网络的电路图如图5所示PD补偿网络其传递函数为：11，（5）,,（6）步骤2确定补偿网络的参数。为了提高穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率fc是开关频率fs的五分之一,即fc=fs/5=20KHz设相位裕度。PD补偿网络的零、极点频率计算公式为：（7）由式（6）可得：(8)PD补偿网络直流增益为：（9）由式（7）、（8），可得PD补偿网络的传递函数GC(s)为：（10）根据上面计算，可绘出PD补偿网络传递函数GC(s

7、)的波特图如图6所示，整个系统的传递函数为：（11）其波特图如下图所示由Matlab绘制的波特图可知，,满足设计要求。图1PD补偿网络开环传递函数波特图11图2系统总回路传递函数波特图步骤3补偿网络电路中的参数计算由式（6）的三个计算公式可得：设R1=R2=30K，由上式可得：R0=0.76K，R3=2K，C1=1.37nF（注:在实际电路中，取：R0=0.8K，R3=2K，C1=1.5nF）由于，有20%~100%的负载扰动，11六总电路图的设计（1）总电路图的设计图6-1-1图6-1-111（2）总电路的仿真图

8、图6-1-2（3）输出电压纹波由图可见，加入补偿网络后，输出电压稳定在5V左右。总电路图设计采用Multisim软件。Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描