课程设计-buck开关电源的应用大学论文.doc

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1、目录第1章课题背景11.1BUCK电路的工作原理11.2BUCK开关电源的应用1第2章课题设计要求1第3章课题设计方案13.1参数13.2系统的组成23.3主电路部分的设计23.3.1滤波电感的计算33.3.2滤波电容的计算33.4开环系统的分析33.4.1开环原始传递函数的计算33.4.2开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分析图43.5闭环系统的设计43.6双极点双零点补偿控制器的设计53.6.1补偿网络电路的原理分析53.6.2补偿器伯德图73.6.3加入补偿器后系统伯德图分析83.7闭环系统的仿真93.7.1电路模块的添加93.7.2仿真电路参数的设置93.7.3仿

2、真结果10第4章总结心得10第5章参考文献11第6章附录11第1章课题背景1.1BUCK电路的工作原理BUCK开关电源功能是将电能质量较差的原生态电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。1.2BUCK开关电源的应用开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。它巨大的作用决定了对它研究的意义。第2章课题设计要求1.根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完

3、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第3章课题设计方案3.1参数图3-1Buck变换器主电路图11、输入直流电压(VIN)：32V。2、输出电压(VO)：18V。3、负载电阻：3。4、输出电压纹波峰-峰值Vpp≤50mV，电感电流脉动：输出电流的10%。5、开关频率(fs)：80kHz。6、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V

4、，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75。7、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1，周期为0.012S，占空比为2%，相位延迟0.006S。当s导通时有：（）（1）当s关断时有：（2）t与的关系：（3）3.2系统的组成整个BUCK电路包括Gc(S)为补偿器，Gm（S）PWM控制器，Gvd（S）开环传递函数和H(S)反馈网络。采样电压与参考电压Vref比较产生的偏差通过补偿器校正后来调节PWM控制器的波形的占空比，当占空比发生变化时，输出电压Uo做成相应调整来消除偏差。系

5、统传函框图：3-2。图3-2系统传函框图3.3主电路部分的设计133.3.1滤波电感的计算由公式，其中（4），其中，R=3（5）（6）设计要求中，求得，。3.3.2滤波电容的计算由前面的公式（1），（2），（3）及一些参数，，，，。算得：，，。3.4开环系统的分析3.4.1开环原始传递函数的计算采用小信号模型分析方法可得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为：（7）其中，（8）其中，是分压电阻，它们的取值是不固定的，但是他们的单位要是级的，这样整个电路的误差会小。此次设计，它们的单位是。（9）将数据代入公式（7），得13=3.4.2开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分

6、析图将的表达式输入到MATLAB软件中，可以得到如图3-3所示的伯德图，由图可知=25.6deg。相角裕度过低。需要添加有源超前滞后补偿网络校正。图3-3开环原始传递函数的伯德图3.5闭环系统的设计13图3-4闭环系统结构框图图3-4中包含输入电源，滤波电感，滤波电容，负载，脉冲信号，续流二极管，参考电压以及一些传递函数。3.6双极点双零点补偿控制器的设计3.6.1补偿网络电路的原理分析图3-5有源超前-滞后补偿网络电气图图3-5中的有源超前-滞后补偿网络电路由一些电阻和电容的串并联组成，通过数电与模电的知识可以得到它的传递函数表达式：（10）13有源超前-滞后补偿网络有两

7、个零点、三个极点。（11）（12）（13）（14）（15）（16）零点为：（17）（18）极点为：为原点（19）（20）频率与之间的增益可近似为:（21）在频率与之间的增益则可近似为：（22）考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取（为开关频率）：kHz(23)开环传函的极点频率为：(24)13将两个零点的频率设计为开环传函两个相近极点频率的，则(25)将补偿网络两个极点设为,以减小输出的高频开关纹波。(26)(27)根据已知条件使用MATLAB程序算得校正器Gc（s）各元件的值如下（程序见附录），取R2=1