基于buck電路的電源設(shè)計(jì)

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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