数字式BUCK变换器的设计

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1、数字式Buck变换器的设计作者：张军指导老师：王亚芳一.现状及发展趋势传统的DC-DC变换器控制是通过模拟技术实现。模拟控制系统工作在连续时间状态,且具有高带宽的特点。另外,模拟系统的电压分辨率在理论上是无穷大的。然而,模拟系统通常由不连续的硬件所组成,必须更换硬件才能改变控制增益或者算法。此外,先进的控制算法也需要经过数字过渡。因此,人们对于应用于控制DC-DC变换器的数字控制技术越来越感兴趣。其复杂控制依靠软件来完成,它比复杂的模拟系统更稳定可靠。数字处理器也较少受到老化、环境或参数变化的影响。直流-直流交变电路的功能是将直流电变为另一固定电压

2、或可调电压的直流电，也称为直流斩波电路。Buck电路作为一种最基本的DC-DC拓扑，结构比较简单，输出电压小于输入电压，广泛用于各种电源产品中。Buck电路的研究对电子产品的发展具有重要的意义。二.研究的意义与价值三.本课题的基本内容本课题探讨基于单片机控制技术的Buck变换器的设计方法。所设计的Buck变换器指标：输入直流电压10伏；输出5伏；额定电流10安培；负载调整率SI≤5%；输出噪声纹波电压峰-峰值Uopp≤0.2V。设计主电路、闭环控制电路以及过流保护电路，以及单片机编程，采用Proteus完成仿真研究。四.课题的研究方法、技术路线Bu

3、ck变换器基本工作原理Buck电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的，其电路如图。驱动信号ub周期地控制功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，输出电压uo可以等于或小于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。电路的主要工作波形如图4所示。数字系统是离散系统，但如果采样周期足够小，则数字系统可近似于连续系统。采用频域补偿设计方法实现模拟PID控制器的参数整定，通过连续系统离散化处理，可最终实现数字PID控制器的参数设计。数字PID控制器的控制算式为：Δu（ｋ）＝ＫｐΔｕｐ＋ＫＩΔｕＩ＋ＫＤΔｕＤ式中，Δｕｐ　＝ｅ（ｋ）

4、－ｅ（ｋ－１　）；Δｕ１＝ｅ（ｋ）；ΔｕＤ＝ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２）。模拟PID控制器参数整定完成后，将模拟控制器离散化即可实现数字PID控制器的设计。选用后向差分法作为连续系统离散化方法。后向差分公式为：Ｇ（ｚ）＝Ｇ（ｓ）｜｜ｓ　＝(ｚ－１)/TZ选取采样周期Ｔ，对式（３）进行离散化处理，整理得：Δｕ（ｋ）＝ＫｐΔｕｐ　＋ＫｉＴΔｕＩ＋(ＫＤ/T)ΔｕＤ将上式与数字PID控制算式对比，可得模拟PID控制器参数离散化公ＫＰ　＝ＫｐＫＩ　＝ＫｉＴＫＤ　＝Ｋｄ／Ｔ数字PID控制器设计本设计采用美国TI公司提供的TMS320F2808DSP

5、实现数字控制系统。利用TMS320F2808提供的增强型脉冲宽度调制(洲)模块来实现数字PWM。该模块可实现分辨率高达150ps的高精度PWM由于选用了16位ADC，为了防止产生稳态极限换振荡，必须使数字PWM的精度大于16位。已知DSP的时钟是100MHz，载波频率为20KHZ,则数字PWM的精度小于13位。为了提高数字PWM的精度，选用TMS320F2808提供的增强型脉冲宽度调制(EPWM)模块来实现。其等效的数字PWM精度大于18位。满足精度的要求。数字PWM谢谢