基于pi控制的7a开关电源multisim仿真研究

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1、基于PI控制方式的8A开关电源Multisim仿真研究学院：电光学院班级：13电气卓越姓名：周寒学号：13020441一、引言在这次开关电源实验设计中，老师的要求是就PI控制方式的8A开关电源的Multisim进行仿真研究。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。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

2、源技术中至关重要的部分，其中Buck变化器补偿网络设计，是开关电源的重要研究课题，我会在接下来的几天中努力认真完成这个重要课题的。二、主功率电路设计1、技术指标：输入直流电压(VIN)：12V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：7A；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、主电路参数计算主电路如图2-1图2-1Buck电路图2-12.1电容参数计算输出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关通常并未直接给出，但趋于常数，约为，

3、此处取可得：取2.2电感参数计算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中串联电阻可得：3、用软件参数扫描法计算：图2-2原始回路的参数扫描采用Multisim的参数扫描功能，在如图2-2中，当电感在18H时，电感电流在5.97～6.03之间脉动，符合=1.6A的设计要求，且理论要求与实际结果一致。所以，当L=18.66H时，输入电流IN=7A，输出电压VO=5V。输出电压纹波Vrr=50mV，所以选择L=18H，理论分析和计算机仿真结果是一致的。用Multisim作参数扫描，显然由图可得，当时，输出电压纹

4、波。所以理论分析和计算结果是一致的。三、补偿网络设计3.1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锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻Rx=3.5kohm，Ry=1.5kohm。采样网络的传递函数为：根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图3-1所示，MATLAB的程序如下：num=[0.0001802.4];den=[0.0000000450.000031];g0=tf(num,den);bode(g0);margin(g0);图3-1如图所得，该系统相位裕度40.5度，

5、穿越频率为1.48kHz,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，增加系统的快速性和稳定性。3.2补偿网络相关参数计算采用如图3-2所示的PI补偿网络。PI环节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。称为PI调节器。这种调节器由于引入了积分环节（I）所以在调节过程中，当输入和负载变化迅速时，此环节基本没有作用，但由于积分环节的引入在经过足够长的时间可以将系统调节到无差状态。图3-2采样电压为1.5V则取采样电阻R6、R7分别为3.5K和1.5K。如图所示我采用的是PS

6、IM自带的PI调节器，查用户手册得到其传递函数为：则系统总的传递函数为：设穿越频率为，则系统的对数幅频特性为：其中，振荡阻尼系数为了增加系统的快速性，需要提高穿越频率，一般穿越频率以小于1/5较为恰当。本次取=15khz，则穿越频率。将数据代入得相位裕度一般相位裕度为则取,将K取不同的值在MATLAB上仿真得到k=20时较为理想。则PI传递函数为：绘制PI传递函数伯德图，程序如下：num=[40e-520];den=[2e-5,0];g=tf(num,den);margin(g)图3-3则系统总的传递函数为：通过matlab绘

7、制系统伯德图，程序如下：num=[0.0001802.4];den=[0.0000000450.000031];g0=tf(num,den);bode(g0);margin(g0);holdonnum=[40e-520];den=[2e-5,0];g=tf(num,den);margin(g);holdonnum=[0.000182.4];den=[0.0000000450.000031];f=tf(num,den);num1=[40e-520];den1=[2e-50];g=tf(num1,den1);num2=conv(n

8、um,num1);den2=conv(den,den1);margin(num2,den2)总系统伯德图如下图：图3-4由图可以看出矫正后的系统相位裕度，穿越频率为14.7kHz，系统的的快速性和稳定性都得到改善。四、系统仿真1、总电路图的设计如图4-1图4-12、电路仿真由