開(kāi)關(guān)電源.基于.pid控制方式的buck電路的綜合設(shè)計(jì)

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1、開(kāi)關(guān)電源目錄第一章緒論11.引言1第二章實(shí)驗(yàn)?zāi)康?第三章實(shí)驗(yàn)要求33.1設(shè)計(jì)指標(biāo)…………………………………………………………………………………..33.2Buck主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………………………....33.3用Matla軟件參數(shù)掃描法計(jì)算……………………………………………………………43.4原始系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………..63.5補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………..83.6總電路圖的仿真………………

2、………………………………………………………….12第四章心得體會(huì).…1414開(kāi)關(guān)電源第一章緒論1.引言現(xiàn)代自動(dòng)化控制中，參數(shù)的自動(dòng)控制占有很大的比例，這些控制多采用P、I、D的組合通常情況下，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程利用微分方程經(jīng)拉普拉斯變換導(dǎo)出時(shí)間函數(shù)，可得到輸出量的時(shí)間函數(shù)，但要得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，其計(jì)算量龐大。因而在一般情況下對(duì)控制結(jié)果很難得到精確的預(yù)見(jiàn)。矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrixlaboratory,MATLAB）軟件是一個(gè)適用于科學(xué)計(jì)算和工程應(yīng)用的數(shù)學(xué)軟件系統(tǒng)，歷盡20多年的發(fā)展，現(xiàn)已是IEEE組織認(rèn)可的最

3、優(yōu)化的科技應(yīng)用軟件。該軟件有以下特點(diǎn)：數(shù)值運(yùn)算功能強(qiáng)大；編程環(huán)境簡(jiǎn)單；數(shù)據(jù)可視化功能強(qiáng)；豐富的程序工具箱；可擴(kuò)展性能強(qiáng)等。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)電源比普通線性電源體積小,輕便化，更便于攜帶。常用的控制器有比例積分（PI）、比例微分（PD）、比例-積分-微分（PID）等三種類(lèi)型。PD控制器可以提供超前的相位，對(duì)于提高系統(tǒng)的相位裕量、減少調(diào)節(jié)時(shí)間等十分有利，但不利于改善系統(tǒng)的控制精度；PI控制器能夠保證系統(tǒng)的控制精度，但會(huì)引起相位滯后，是以犧牲系

4、統(tǒng)的快速性為代價(jià)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；PID控制器兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，可以全面提高系統(tǒng)的控制性能，但實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜一些。本文中介紹基于PID控制器的Buck電路設(shè)計(jì)。2.基于PID控制方式的Buck電路的綜合設(shè)計(jì)Buck變換器最常用的電力變換器，工程上常用的正激、半橋、全橋及推挽等均屬于Buck族?，F(xiàn)以Buck變換器為例，根據(jù)不同負(fù)載電流的要求，設(shè)計(jì)功率電路，并采用單電壓環(huán)、電流-電壓雙環(huán)設(shè)計(jì)控制環(huán)路。14開(kāi)關(guān)電源第二章實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解Buck變換器基本結(jié)構(gòu)及工作原理；(2)掌握電路器件選擇和參數(shù)的計(jì)算；(3)學(xué)會(huì)

5、使用Matlab仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的開(kāi)環(huán)降壓電路進(jìn)行仿真；(4)學(xué)會(huì)使用Matlab仿真軟件對(duì)控制環(huán)節(jié)的仿真技術(shù)；(5)學(xué)會(huì)分析系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)壓精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。14開(kāi)關(guān)電源第三章實(shí)驗(yàn)要求3.1設(shè)計(jì)指標(biāo)輸入直流電壓(VIN)：15V；輸出電壓(VO)：5V；輸出電流(IIN)：5A；輸出電壓紋波(Vrr)：50mV；基準(zhǔn)電壓(Vref)：1.5V；開(kāi)關(guān)頻率(fs)：100kHz。Buck變換器主電路如圖3-1-1所示，其中Rc為電容的等效電阻ESR。圖3-1-13.2Buck主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)(1)濾波電容參數(shù)計(jì)算

6、輸出紋波電壓只與電容C的大小有關(guān)及Rc有關(guān)：（1）14開(kāi)關(guān)電源電解電容生產(chǎn)廠商很少給出ESR，而且ESR隨著電容的容量和耐壓變化很大，但是C與Rc的乘積趨于常數(shù)，約為。本例中取為由式(1)可得Rc=50mΩ，C=1500μF。(2)濾波電感參數(shù)計(jì)算當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與截止時(shí)變換器的基爾霍夫電壓方程分別如式（2）、（3）所示：（2）（3）假設(shè)二極管的通態(tài)壓降VD=0.5V，電感中的電阻壓降VL=0.1V，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通壓降VON=0.5V。又因?yàn)椋?）所以由式（2）、（3）、（4）聯(lián)立可得TON=3.73μS，并將此值回

7、代式(2)，可得L=35.062μH。3.3用Matla軟件參數(shù)掃描法計(jì)算當(dāng)L=35.062uH時(shí)，輸出電壓和電流以及輸出電壓紋波如圖3-3-1所示。圖3-3-114開(kāi)關(guān)電源當(dāng)L=15uH時(shí)，輸出電壓和電流以及輸出電壓紋波如圖3-3-2所示。圖3-3-2當(dāng)L=50uH時(shí)，輸出電壓和電流以及輸出電壓紋波如圖3-3-3所示。圖3-3-3圖3-3-3采用Matlab的參數(shù)掃描功能，有圖可得，當(dāng)L=35uH時(shí)，輸出電流IIN=5A，輸出電壓U=5V。輸出電壓紋波Vrr=50mV，所以選擇L=35.062uH，理論分析和

8、計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果是一致的。14開(kāi)關(guān)電源3.4原始系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)電壓采樣網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，為消除穩(wěn)態(tài)誤差，在低頻段，尤其在直流頻率點(diǎn)，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的幅值要遠(yuǎn)大于1，即在直流頻率點(diǎn)系統(tǒng)為深度負(fù)反饋系統(tǒng)。對(duì)于深度負(fù)反饋系統(tǒng)，參考電壓與輸出電壓之比等于電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，即（5）(2)繪制原始系統(tǒng)的Bode圖。假設(shè)電路工作于電流連續(xù)模式(CCM)，忽略電容等效串聯(lián)電阻（ESR