开关电源.基于.pid控制方式的buck电路的综合设计

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1、开关电源目录第一章绪论11.引言1第二章实验目的2第三章实验要求33.1设计指标…………………………………………………………………………………..33.2Buck主电路的参数设计………………………………………………………………....33.3用Matla软件参数扫描法计算……………………………………………………………43.4原始系统的设计…………………………………………………………………………..63.5补偿网络的设计…………………………………………………………………………..83.6总电路图的仿真………………

2、………………………………………………………….12第四章心得体会.…1414开关电源第一章绪论1.引言现代自动化控制中，参数的自动控制占有很大的比例，这些控制多采用P、I、D的组合通常情况下，对系统的动态过程利用微分方程经拉普拉斯变换导出时间函数，可得到输出量的时间函数，但要得到系统的动态响应曲线，其计算量庞大。因而在一般情况下对控制结果很难得到精确的预见。矩阵实验室（Matrixlaboratory,MATLAB）软件是一个适用于科学计算和工程应用的数学软件系统，历尽20多年的发展，现已是IEEE组织认可的最

3、优化的科技应用软件。该软件有以下特点：数值运算功能强大；编程环境简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，开关电源比普通线性电源体积小,轻便化，更便于携带。常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系

4、统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计Buck变换器最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。14开关电源第二章实验目的(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

5、使用Matlab仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真；(4)学会使用Matlab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。14开关电源第三章实验要求3.1设计指标输入直流电压(VIN)：15V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IIN)：5A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz。Buck变换器主电路如图3-1-1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR。图3-1-13.2Buck主电路的参数设计(1)滤波电容参数计算

6、输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关：（1）14开关电源电解电容生产厂商很少给出ESR，而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大，但是C与Rc的乘积趋于常数，约为。本例中取为由式(1)可得Rc=50mΩ，C=1500μF。(2)滤波电感参数计算当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2）、（3）所示：（2）（3）假设二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管的导通压降VON=0.5V。又因为（4）所以由式（2）、（3）、（4）联立可得TON=3.73μS，并将此值回

7、代式(2)，可得L=35.062μH。3.3用Matla软件参数扫描法计算当L=35.062uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图3-3-1所示。图3-3-114开关电源当L=15uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图3-3-2所示。图3-3-2当L=50uH时，输出电压和电流以及输出电压纹波如图3-3-3所示。图3-3-3图3-3-3采用Matlab的参数扫描功能，有图可得，当L=35uH时，输出电流IIN=5A，输出电压U=5V。输出电压纹波Vrr=50mV，所以选择L=35.062uH，理论分析和

8、计算机仿真结果是一致的。14开关电源3.4原始系统的设计(1)设计电压采样网络。在设计开关调节系统时，为消除稳态误差，在低频段，尤其在直流频率点，开环传递函数的幅值要远大于1，即在直流频率点系统为深度负反馈系统。对于深度负反馈系统，参考电压与输出电压之比等于电压采样网络的传递函数，即（5）(2)绘制原始系统的Bode图。假设电路工作于电流连续模式(CCM)，忽略电容等效串联电阻（ESR