pi控制方式的3a开关电源multisim

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1、CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY基于PI控制方式的3A开关电源Multisim仿真研究学院：电气与光电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：16目录一、绪论3二、BUCK总电路设计32.1技术指标32.2主电路参数计算32.3用Multisim软件参数扫描法计算5三、补偿网络设计73.1原始系统的设计73.2补偿网络相关参数计算8四、负载突加突卸124.1满载运行124.2突加突卸80%负载14五、心得体会15参考文献1616一、绪论开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控

2、制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时

3、解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。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，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性。二、BUCK总电路设计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

4、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。2.1技术指标输入直流电压(VIN)：10V输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：3A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz。2.2主电路参数计算Buck变换器主电路如图（1-1）所示，其中Rc为电容的等效电阻。16图（1-1）(1)滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关：(2.1)将，带入得，

5、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。本例中取为则：（此处取900uF）。(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（2.2）、（2.3）所示：（2.2）（2.3）假设二极管的通态压降，电感中的电阻压降，开关管的导通降。16又因为（2.4）所以由式（2.2）、（2.3）、（2.4）联立可得，并将此值回代式(2.2)，可得L=41uH。（3）负载电阻计算（2.5）2.3用Multisim软件参数扫描法计算当

6、L=31uH，L=41uH,L=51uH时，，输出电压的纹波如图(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)所示。图(2-1)16图（2-2）图（2-3）图（2-4）当L=31uH，L=41uH,L=51uH时，输出电流的纹波如图（2-5）、（2-6）所示。16图（2-5）图（2-6）三、补偿网络设计3.1原始系统的设计采用小信号模型分析方法得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为：（3.1）假设PWM锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻Rx=3.5kohm，Ry=1.5kohm。采样网络的传递函

7、数为：16（3.2）根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图（3-1）所示，MATLAB的程序如下：num=[0.0001502];den=[0.00000003690.0000241];g0=tf(num,den);bode(g0);margin(g0);图（3-1）16如图所得，该系统相位裕度41.4度，穿越频率为1.54kHz,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，增加系统快速和稳定性。3.2补偿网络相关参数计算用如图（3-2）所示的PI补偿网络。PI环

8、节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。称为PI调节器。这种调节器由于引入了积分环节（I）所以在调节过程中，当输入和负载变化迅速时，此环节基本没有作用，但由于积分环节的引入在经过足够长的时间可以将系统调节到无差状态。图（3-2）采样电压为1.5V则取采样电阻R6、R7分别为3.5K和1.5K。PI补偿网络传递函数为：（3.3）其中，。系统总的传递函数为：（3.4）设穿越频率为，则系统的对数幅频特性为：（3.5）16其中