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《基于buck電路的電源設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、現(xiàn)代電源技術(shù)基于BUCK電路的電源設(shè)計(jì)學(xué)院:專業(yè):姓名:班級(jí):學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:日期:目錄摘要2一、設(shè)計(jì)意義及目的3二、Buck電路基本原理和設(shè)計(jì)指標(biāo)32.1Buck電路基本原理32.2Buck電路設(shè)計(jì)指標(biāo)5三、參數(shù)計(jì)算及交流小信號(hào)等效模型建立53.1電路參數(shù)計(jì)算53.2交流小信號(hào)等效模型建立9四、控制器設(shè)計(jì)10五、Matlab電路仿真165.1開(kāi)環(huán)系統(tǒng)仿真165.2閉環(huán)系統(tǒng)仿真17六、設(shè)計(jì)總結(jié)20摘要Buck電路是DC-DC電路中一種重要的基本電路,具有體積小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)采用Buck電路作為主電路進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),根據(jù)伏秒平
2、衡、安秒平衡、小擾動(dòng)近似等原理,通過(guò)交流小信號(hào)模型的建立和控制器的設(shè)計(jì),成功地設(shè)計(jì)了Buck電路開(kāi)關(guān)電源,通過(guò)MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真達(dá)到了預(yù)設(shè)的參數(shù)要求,并有效地縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間和紋波。通過(guò)此次設(shè)計(jì),對(duì)所學(xué)課程的有效復(fù)習(xí)與鞏固,并初步掌握了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法,為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)Buck電路一、設(shè)計(jì)意義及目的通常所用電力分為直流和交流兩種,從這些電源得到的電力往往不能直接滿足要求,因此需要進(jìn)行電力變換。常用的電力變換分為四大類,即:交流變直流(AC-DC),直流變交流(DC-AC),直流變直流(DC-
3、DC),交流變交流(AC-AC)。其中DC-DC電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電,包過(guò)直接直流變流電路和間接直流變流電路。直接直流變流電路又稱斬波電路,它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電,主要包括六種基本斬波電路:Buck電路,Boost電路,Buck-Boost電路,Cuk電路,Sepic電路,Zeta電路。其中最基本的一種電路就是Buck電路。因此,本文選用Buck電路作為主電路進(jìn)行電源設(shè)計(jì),以達(dá)到熟悉開(kāi)關(guān)電源基本原理,熟悉伏秒平衡、安秒平衡、小擾動(dòng)近似等原理,熟練的運(yùn)用開(kāi)關(guān)電源直流變壓器等效
4、模型,熟悉開(kāi)關(guān)電源的交流小信號(hào)模型及控制器設(shè)計(jì)原理的目的。這些知識(shí)均是《線代電源設(shè)計(jì)》課程中所學(xué)核心知識(shí)點(diǎn),通過(guò)本次設(shè)計(jì),將有效鞏固課堂所學(xué)知識(shí),并加深理解。二、Buck電路基本原理和設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1Buck電路基本原理Buck變換器也稱降壓式變換器,是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器,主要用于電力電路的供電電源,也可拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示:1圖1Buck電路基本結(jié)構(gòu)圖在上圖所示電路中,電感L和電容C組成低通濾波器,此濾波器設(shè)計(jì)的原則是使Vs(t)的直流分量可以通過(guò),而抑制Vs(t)的諧波分量通
5、過(guò);電容上輸出電壓V(t)就是Vs(t)的直流分量再附加微小紋波Vripple(t)。由于電路工作頻率很高,一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容充放電引起的紋波Vripple(t)很小,相對(duì)于電容上輸出的直流電壓V有:。電容上電壓宏觀上可以看作恒定。電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí),輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成,宏觀上可以看作是恒定直流,這就是開(kāi)關(guān)電路穩(wěn)態(tài)分析中的小擾動(dòng)近似原理。一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí),電容電壓升高,導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加,使電容電壓上升速度減慢,這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡,此時(shí)電壓維持不變;反之,如
6、果一個(gè)周期內(nèi)放電電荷高于充電電荷,將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小,使電容電壓下降速度減慢,這種過(guò)程的延續(xù)直至達(dá)到充放電平衡,最終維持電壓不變。這種過(guò)程是電容上電壓調(diào)整的過(guò)渡過(guò)程,在電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí),電路達(dá)到穩(wěn)定平衡,電容上充放電也達(dá)到平衡。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感電流增加,電感儲(chǔ)能;而當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí),電感電流減小,電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量,則一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量為:。此增量將產(chǎn)生一個(gè)平均感應(yīng)電勢(shì):。1此電勢(shì)將減小電感電流的上升速度并同時(shí)降低電感電流的下降速度,最終將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量為零;一個(gè)開(kāi)關(guān)
7、周期內(nèi)電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量(磁鏈平均增量)為零的現(xiàn)象稱為:電感伏秒平衡。2.2Buck電路設(shè)計(jì)指標(biāo)基于如上電路基本原理,設(shè)定如下指標(biāo):輸入電壓:25v輸出電壓:5v輸出功率:10W開(kāi)關(guān)頻率:100KHz電流擾動(dòng):15%電壓紋波:0.02根據(jù)上述參數(shù)可知:R=2.5Ω三、參數(shù)計(jì)算及交流小信號(hào)等效模型建立3.1電路參數(shù)計(jì)算根據(jù)如圖2所示Buck電路開(kāi)關(guān)等效圖可知:圖2Buck電路的開(kāi)關(guān)等效圖1Buck有兩種工作狀態(tài),通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)(即開(kāi)關(guān)處于1時(shí)和2時(shí))的電路進(jìn)行分析可計(jì)算出
8、電路的電感值。其開(kāi)關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)對(duì)應(yīng)的等效電路圖如圖3、4所示:圖3導(dǎo)通時(shí)等效電路圖4關(guān)斷時(shí)等效電路開(kāi)關(guān)處于1位置時(shí),對(duì)應(yīng)的等效電路為圖3,此時(shí)電感電壓為:(1)根據(jù)小擾動(dòng)近似得:(2)同理,開(kāi)關(guān)處于2位置