基于PD控制方式的2A开关电源的Multisim仿真

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1、CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY基于PD控制方式的2A开关电源的Multisim仿真学院：电气与光电工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：班级：学号：17目录一绪论3二实验目的3三实验要求3四主电路功率的设计34.1buck电路图34.2用Multisim软件参数扫描法计算4五补偿网络设计65.1原始系统的设计65.2补偿网络的设计：控制方式为PD7六负载突加突卸116.1满载运行116.2突加突卸80%负载14七心得体会15附：参考文献1617一绪论随着电子技术的不断发展

2、对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。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。要同时解决稳、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

3、，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。本文将通过Multisim用实例来研究PD控制器的调节作用。二实验目的(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)学会使用Multisim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真；(4)学会使用Multisim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.三实验要求输入直流电压()：10V；输出电压()：5V；输

4、出电流()：2A；输出电压纹波()：50mV；基准电压()：1.5V；开关频率()：100kHz；四主电路功率的设计174.1buck电路图buck电路4-1-1：buck电路图4-1-1的乘积趋于常数50~80µF，我使用62.5µΩ*F，由式(1)可得=125mΩ，C=500µF开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如下式所示：D设二极管的通态压降=0.5V，电感中的电阻压降=0.1V，开关管导通压降=0.5V。经计算得L=61.6µH。负载电阻计算4.2用Multisim软件参数扫描法计算当

5、L=51.6uH，L=61.6uH,L=71.6uH时，，输出电压的纹波如图4-2-1和4-2-2所示。17图4-2-1图4-2-2当L=51.6uH，L=61.6H,L=71.6uH时，输出电流的纹波如图4-2-3和4-2-4所示。17图4-2-3图4-2-4五补偿网络设计5.1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：假设PWM锯齿波幅值＝1.5V，＝3kΩ，＝1.3kΩ，由此可得采样网络传递函数)(=0.3，原始回路直流增益)(＝3。)采样网络的传递函数为

6、：品质因数17双重极点频率：===907.33Hz根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图5-1-1所示，MATLAB的程序如下：num1=[0.0001252];den1=[0.00000003080.000024641];figure(1);[mag,phase,w]=bode(num1,den1);margin(mag,phase,w)图5-1-1如图所得，该系统相位裕度39.5度，穿越频率为1.67e+003Hz,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

7、。使其快速性和稳定性增加5.2补偿网络的设计：控制方式为PD补偿电路如图5-2-117图5-2-1PD补偿网络其传递函数为：，（5）,,（6）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穿越频率必须小于开关频率的一半，系统才会稳定，一般情况下可以取穿越频率小于开关频率的1/5。设相位裕度取15kHZ。PD补偿网络的零、极点频率计算公式为：（7）由式（6）可得：17(8)PD补偿网络直流增益为：（9）由式（7）、（8），可得PD补偿网络的传递函数GC(s)为：（10

8、）绘制PI传递函数伯德图，程序如下：num=[1.3e-355.74];den=[2.74e-6,1];g=tf(num,den);margin(g)17根据上面计算，可绘出PD补偿网络传递函数GC(s)的波特图如图6所示，整个系统的传递函数为：（11）通过matlab绘制系统伯德图，程序如下：num=[2];den=[0.00000003080.000024641];g0=tf(num,den);bode(g0);margin(g0);holdonnu