基于PD控制方式的6A开关电源MATLAB仿真研究

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1、基于PD控制方式的6A开关电源MATLAB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：1引言16开关电源技术属于电力电子技术的范畴，是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空、国防、教育、文化等领域。开关电源技术的发展实际上是围绕着提高效率、提高性能、小型轻量化、安全可靠、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声的轨迹进行不懈研究，开关电源是整个电源技术中至关重要的部分，其中Buck变换器补偿网络设计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

2、族。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。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。本文将针对基于PD控制方式的6A开关电源的MATLAB的仿真研究做出了应用举例。2.基于P

3、D控制方式的Buck电路的综合设计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)：6A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz.[滞环控制为PFM方式，不受此限制]2.2Buck主电路设计主电路如图1：图1Buck主电路2.3Buck主电路各参数设计（1）滤波电容参数计算出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关：16通常并未直接给出，但趋于常数，约为，此处取可知：可得：（2）滤波电感参数计算根据基尔霍夫电压定律，可知开关管导通与关断状态下输入电压和输

4、出电压满足下列方程:假设Buck变换器性能要求，假设二极管D的通态压降,电感L中的电阻压降为,开关管S中的导通压降,且有串联电阻可知：可得：162.4采用参数扫描法，对所设计的主电路进行MATLAB仿真当，电感电流和输出电压的波形分别如下:图2电感波形16图3输出电压波形3补偿网络设计3.1原始回路增益函数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：假设PWM锯齿波幅值,采样电阻，，由此可得采样网络传递函数为：可得：解得：极点频率：零点转折频率：使用MATLAB画出原始回路增益函数伯德图程序如下：num=conv(2,[7.5e-

5、51]);den=[3.78e-82.53e-51];g=tf(num,den);margin(g);16图4原始回路增益函数伯德图相位裕度：41.3°穿越频率：1.52e3Hz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。3.2PD补偿网络设计PD补偿网络的传递函数通常以为超前校正网络的传递函数近似代替，超前校正网络的传递函数为：假设：期望的相位裕度，穿越频率为了提高系统穿越频率，则需要在其幅值下降前抬高它的下降速度为-20db/s，才能提高其穿越频率。因此令：16补偿

6、网络零点频率：补偿网络极点频率：则：公式求得补偿网络增益：可得：使用MATLAB绘制补偿网络传递函数伯德图程序如下：num=[1.48e-344.12];den=[3.34e-61];g=tf(num,den);margin(g);16图5PD补偿网络传递函数伯德图在不忽略电容等效电阻的情况下，系统低频段多出一个零点，抑制了相位裕度的范围，只使用单一的PD调节难以做到既满足相位裕度，又满足幅值穿越频率。因此这里暂时忽略电容等效电阻带来的影响。整个系统的传递函数如下：使用MATLAB绘制整个系统经补偿后的传递函数伯德图程序如下：num=[2.96

7、e-388.24];den=[1.26e-133.79e-82.8e-51];g=tf(num,den);margin(g);16图6整个系统经补偿后的伯德图相位裕度：55.1°穿越频率：1.29e4Hz因此可知，经过校正，系统满足了要求指标PD补偿后总的系统伯德图如下：16图7PD补偿后总的系统伯德图4负载满载运行及突加突卸4.1负载满载运行时的电路图及其波形仿真4.1.1负载满载运行时的电路图16图8负载满载运行时的电路图4.1.2负载满载运行时的仿真图图9负载满载运行时电流、电压波形图（PD）16图10负载突加突卸80%运行时电流、电压局

8、部波形图（PD）4.2负载突加突卸80%时的电路图及其波形仿真4.2.1负载突加突卸80%运行时的电路图图11负载突加突卸80%运行时的电路图4.2.