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《基于PID控制方式Buck電路綜合設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、[鍵入文字]基于PID控制方式的10A開關電源MATLAB仿真研究學院：電氣與光電工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：13電氣卓越姓名：周沁學號：1302044413[鍵入文字]一、引言Buck變換器最常用的變換器，工程上常用的拓撲如正激、半橋、全橋、推挽等也屬于Buck族，其優(yōu)點有輸出電流紋波小，結(jié)構(gòu)簡單，變比可調(diào)，實現(xiàn)降壓的功能等。然而其輸出電壓紋波較大，buck電路系統(tǒng)的抗干擾能力也不強。為了使其具抗干擾能力，輸出電流達到所需的等級，減小其電壓紋波，現(xiàn)設計校正網(wǎng)絡使其閉環(huán)，提高系統(tǒng)的能力。二、設計指標輸入直流電壓(VIN)：12V輸出電壓(VO)：5V；輸出電流(IN
2、)：10A輸出電壓紋波(Vrr)：50mV；基準電壓(Vref)：1.5V；開關頻率(fs)：100kHz。三、主電路參數(shù)設計1、濾波電容參數(shù)的計算輸出紋波電壓只與電容的容量以及ESR有關：Rc=Vrr?iL=Vrr0.2IN=502=25mΩ⑴因為C與Rc的乘機趨于常數(shù)，約為50～80μ*ΩF，本例中取為75μ*ΩF，由⑴式可得：Rc=25mΩ，C=3000μF。2、濾波電感參數(shù)的計算開關管閉合與導通的基爾霍夫電壓方程分別為⑵、⑶式：VIN-VO-VL-VON=L?iLTON⑵VO+VL+VD=L?iLTOFF⑶假設二極管的通態(tài)壓降VD=0.5V，電感中的電阻壓降VL=0.
3、1V，開關管的導通壓降VON=0.5V，?iL=0.2IN=2。可得12-5-0.1-0.5=2LTON=6.45+0.1+0.5=2LTOF=5.6TON+TOFF=1f=10μs?TOFF=5.3μsTON=4.7μsL=14.84μH13[鍵入文字]圖1Buck變換器的主電路1、用MATLAB軟件仿真當L=15μH時，MATLAB仿真如圖2所示，電流在9.04～9.14A之間脈動，符合?iL≤0.2IN的要求。圖2電感電流13[鍵入文字]四、原始回路的設計采用小信號模型分析法可得Buck變換器原始回路增益函數(shù)G0(s)為：G0(s)=1Vm·H(s)·VIN(1+sCR
4、c)1+sLRL+s2LC⑷假設PWM鋸齒波幅值Vm=1.5V，Rx=3kΩ，Ry=1.3kΩ,由此可得：采樣網(wǎng)絡傳遞函數(shù)H(s)=VrefVO=1.55=0.3原始回路直流增益A0(0)=1Vm·H(s)·VIN=11.5×0.3×12=2.4其中RL=VOIN=510=0.5Ω，將以上值帶入⑷可得G0(s)=2.4(1+75×10-6)1+29.68×10-6s+4.45×10-8s2⑸由原始回路得到的波特圖如圖3所示，MATLAB程序如下：num1=[0.000182.4];?den1=[0.0000000445?0.00002968?1];figure(1);?13[
5、鍵入文字][mag,phase,w]=bode(num1,den1);?margin(mag,phase,w)?;圖3原始回路的Bode圖相位裕度：40.8°穿越頻率：1.50e3Hz根據(jù)要求相位裕度應達到50°-55°穿越頻率提升到（即10kHz-20kHz）均不滿足，因此需提高其相位裕度，穿越頻率。13[鍵入文字]五、補償網(wǎng)絡的設計圖4PID補償網(wǎng)絡PID補償網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)為Gc(s)=Gcm1+sωz(1+ωLs)1+sωp⑹其中，Gcm=-RfR1+R2,ωz=1R2C2,ωL=1RfCf,ωp=R1+R2R1R2C2為了提高穿越頻率，設加入補償網(wǎng)絡后開環(huán)傳遞函數(shù)的穿
6、越頻率fc是開關fs的十分之一，即fc=fs10=10kHz假設選擇的倒置零點的頻率為穿越頻率的二十分之一。即fL=fc20=500Hz設相位裕度φm=52°，則零點頻率fz=fc1-sinφm1+sinφm=10×1-sin52°1+sin52°=3.44kHz極點頻率fp=fc1+sinφm1-sinφm=10×1+sin52°1-sin52°=29.04kHz雙重極點頻率fp0=ωp02π=12πLC=12π14.84×10-6×3000×10-6=0.754kHz直流增益Gcm=fcfp021A0(0)fzfp=100.754212.43.4429.04=25.22零
7、點角頻率ωz=2πfz=2π×3.44=21.61kHz極點角頻率ωp=2πfp=2π×29.04=182.45kHz倒置零點角頻率ωL=2πfL=2π×500=3.14kHz13[鍵入文字]可得補償網(wǎng)絡傳遞函數(shù)為Gcs=25.221+s21.61K1+3.14Ks1+s182.46K=25.221+4.6×10-5ss+3140s+5.481×10-6s2=1.16×10-3s2+28.75s+79191s+5.481×10-6s2根據(jù)PID補償網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)得到的波特圖如圖5所示，MATLAB程序如
