基于pd控制方式的9a开关电源multisim仿真研究

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1、基于PD控制方式的9A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：13电气卓越姓名：於鹏学号：13020436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，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。然而其输出电压纹波较大，buck电路系统的抗干扰能力也不强。为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）

2、等三种类型。本文将通过用multisim实例来研究PD控制器的调节作用。一.设计要求及设计背景1.设计要求依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真；掌握小信号建模的方法，建立Buck变换器原始回路增益函数；采用Matlab绘制控制对象的Bode图；根据控制对象的Bode图，分析所需设计的补偿网络特性进行补偿网络设计。采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。2.设计背景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、

3、推挽等也属于Buck族，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。然而其输出电压纹波较大，buck电路系统的抗干扰能力也不强。为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。二．Buck变换器主电路设计1.1技术指标：输入直流电压(VIN)：12V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：9A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz；1.2主电路及参数计算1.2.1主电路图1buck主电路1.2.2滤波电容计

4、算输出纹波电压只与电容容量及ESR有关：（1）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C与RC的乘积趋于常数，约为50~80μ·ΩF。本次设计中取为75μ·ΩF，由式（1）可得：RC=27.78mΩ，C=2700μF。1.2.3滤波电感的计算（2）（3）（4）图2开关管开通及关断时的等效电路由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程假设：其中L中串联电阻得当L=16.60uH时，输出电流纹波为：当L=16.60uH时，输出电压纹波为：当L=16.60μH时，电感电流在7.6-9.2A之间脉动，符合△i

5、L≤0.2IN=1.8A的设计要求，并且理论分析与仿真结果一致。三．Buck补偿网络设计图3Buck变换器控制图3.1原始回路有关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G0（s）为：（5）假设：PWM锯齿波幅值,采样电阻；则采样网络传递函数可得G0(S)=12+S×0.9×10-55+14.8×10-5S+4.48×10-8S2极点频率fp0=12πLC=12π16.60×2700×10-12=752Hz根据计算结果，在Matlab中输入如下程序：num=[0.9*10^(-5)12];den=[22.4*10^(-8

6、)14.8*10^(-5)5];H=tf(num,den);bode(H);[mag,phase,w]=bode(H);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);margin(H);display(pm);display(gm);得到原始传递函数的波特图如图4所示图4相位裕度：40.3°穿越频率：1.47e3Hz根据要求相位裕度应达到50°-55°穿越频率提升到（即10kHz-20kHz）均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。3.2补偿网络设计步骤步骤1：本设计采用的PD补偿网络进行设计，PD补偿网络的电路

7、图如图5所示图5PD补偿网络电路图PD补偿网络其传递函数为：，（6）,,（7）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：（8）由式（6）可得：ωZ=2πfz=43.3KradsωP=2πfP=364.4Krads(9)PD补偿网络直流增益为：Gc0=(fcfp0)2×1A0fzfp=20×1000751.672×12.4×6.8958=101.6（10）由式（7）、（8），可得PD补偿网络的传

8、递函数GC(s)为：GCs=101.6×1+s43.3×1031+s364.4×103=101.6×1+2.3×10-5s1+2.74×10-6s（11）在Matlab中输入如下