buck变换器双闭环控制仿真研究论文

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1、Buck变换器双闭环控制仿真研究毕业论文目录第一章绪论11.1课题研究背景11.2课题发展现状11.3本文研究内容及结构3第二章Buck变换器基本原理42.1Buck变换器工作原理42.2Buck变换器工作模态分析42.3Buck变换器外特性7第三章Buck变换器主电路设计93.1占空比D93.2滤波电感Lf93.3滤波电容Cf113.4开关管Q113.5续流二极管D12第四章Buck变换器双闭环控制134.1电路双闭环控制结构1324.2电流内环设计134.3电压外环设计152第五章Buck变换器闭环系统的仿真215.1开环Buck电路的建模及仿真215.2闭环Buck电路的建模及仿

2、真225.3PI控制方法的仿真235.4PID控制方法的仿真25第六章总结与展望25参考文献29外文资料中文译文致谢2天津大学仁爱学院2015届本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题研究背景随着电子技术的快速发展，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、可靠性高等优点。但由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在5

3、0Hz的工频上，所以其重量较大。又因为调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间需承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右[1]。受这些缺点的限制,线性稳压电源很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，开发了开关电源。经过近半个世纪的发展，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代线性稳压电源并得到了广泛应用[2]，各种电池供电的电子产品如照相机、摄像机、录像机、个人数字助理、手机、手提电脑都需要DC/DC变换器等开关电源芯片[3]。20世纪80年代，计算机全

4、面实现开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展时期。对于非隔离的DC/DC开关电源，按照电路功能划分，有降压式（BUCK）、升压式（BOOST），还有升降压式（BUCK-BOOST）等。其中品种最多，发展最快的当属降压式（BUCK）[4]。开关电源技术于20世纪80年代引入我国，随着计算机、通讯、汽车等行业的迅速发展,我国开关电源市场不断增长，开关电源控制器芯片的研究已成为国内功率电子学领域中颇受关注的热点。我国目前能源紧缺，而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业，因此我们在设计DC/DC开

5、关电源产品时，转换效率必须作为一个重要的指标加以考虑。尤其是随着采用3.6V锂离子电池作为电源的消费类电子产品市场不断扩大，且功能和性能变得更多和更高，对适用于这类产品的BUCK变换器的性能提出了更高的要求。因此研究BUCK变换器的性能具有重要的理论和现实意义[5][6]。1.2课题发展现状-30-天津大学仁爱学院2015届本科生毕业设计（论文）DC/DC变换器是一种强非线性系统，由于电气参数的不确定性以及负载的多变性，使得DC/DC变换器的控制变得较为复杂。传统的控制方法都是基于线性系统理论，很难实现较好的动态性能。于是，进一步的研究在于对系统建立精确的数学模型和采用先进的控制算法。

6、随着现代控制理论的发展，出现了许多DC/DC变换器新的控制方法以提高系统性能。例如：(1)双线性理论；(2)鲁棒控制；(3)滑模变结构控制；(4)自适应控制；(5)智能控制。这些新控制方法的提出，使DC/DC变换器的稳态误差趋于零，动态性能获得很大改善，而且对参数的不确定性和负载的多变性也有很好的鲁棒性。1、双线性理论此系统为非线性系统，能够取得较好的控制效果。文献[7]应用此模型对Boost电路进行闭环控制，不仅保证了充足的稳定裕量，而且实现了较好的瞬态响应。此方法一般适用于两个状态变量以上的DC/DC变换器拓扑。但这种控制方案的缺点是忽略了输入电压扰动，若输入电压扰动不为零，将会影

7、响系统的性能甚至导致系统不稳定[7]。2、鲁棒控制鲁棒控制是处理外加扰动和不确定性模型的有力工具，基于DC/DC变换器的线性化小信号建模。文献[8]中提出了两个自由度控制的设计思想，来实现DC/DC变换器的鲁棒控制。它能够对负载和输入电压的变化保证充足的鲁棒性。虽然鲁棒控制解决了输入电压变化的问题，但其线性化小信号建模精确度不高，而且控制器结构不可变，下面介绍的滑模控制和自适应控制，这两种控制能够实现更理想的控制效果[8]。3、滑模变结构控制滑