buck變換器雙閉環(huán)控制仿真研究論文

《buck變換器雙閉環(huán)控制仿真研究論文》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、Buck變換器雙閉環(huán)控制仿真研究畢業(yè)論文目錄第一章緒論11.1課題研究背景11.2課題發(fā)展現(xiàn)狀11.3本文研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)3第二章Buck變換器基本原理42.1Buck變換器工作原理42.2Buck變換器工作模態(tài)分析42.3Buck變換器外特性7第三章Buck變換器主電路設(shè)計(jì)93.1占空比D93.2濾波電感Lf93.3濾波電容Cf113.4開(kāi)關(guān)管Q113.5續(xù)流二極管D12第四章Buck變換器雙閉環(huán)控制134.1電路雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)1324.2電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)134.3電壓外環(huán)設(shè)計(jì)152第五章Buck變換器閉環(huán)系統(tǒng)的仿真215.1開(kāi)環(huán)Buck電路的建模及仿真215.2閉環(huán)Buck電路的建模及仿

2、真225.3PI控制方法的仿真235.4PID控制方法的仿真25第六章總結(jié)與展望25參考文獻(xiàn)29外文資料中文譯文致謝2天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章緒論1.1課題研究背景隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備的種類越來(lái)越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系也日益密切。任何電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓技術(shù)比較成熟，并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在5

3、0Hz的工頻上，所以其重量較大。又因?yàn)檎{(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間需承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右[1]。受這些缺點(diǎn)的限制,線性穩(wěn)壓電源很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。20世紀(jì)50年代，美國(guó)宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)電源。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代線性穩(wěn)壓電源并得到了廣泛應(yīng)用[2]，各種電池供電的電子產(chǎn)品如照相機(jī)、攝像機(jī)、錄像機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、手機(jī)、手提電腦都需要DC/DC變換器等開(kāi)關(guān)電源芯片[3]。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)全

4、面實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代。20世紀(jì)90年代，開(kāi)關(guān)電源在電子、電氣設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。對(duì)于非隔離的DC/DC開(kāi)關(guān)電源，按照電路功能劃分，有降壓式（BUCK）、升壓式（BOOST），還有升降壓式（BUCK-BOOST）等。其中品種最多，發(fā)展最快的當(dāng)屬降壓式（BUCK）[4]。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)于20世紀(jì)80年代引入我國(guó)，隨著計(jì)算機(jī)、通訊、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展,我國(guó)開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)電源控制器芯片的研究已成為國(guó)內(nèi)功率電子學(xué)領(lǐng)域中頗受關(guān)注的熱點(diǎn)。我國(guó)目前能源緊缺，而電源行業(yè)又是一個(gè)與能源消耗密切相關(guān)的行業(yè)，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)DC/DC開(kāi)

5、關(guān)電源產(chǎn)品時(shí)，轉(zhuǎn)換效率必須作為一個(gè)重要的指標(biāo)加以考慮。尤其是隨著采用3.6V鋰離子電池作為電源的消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，且功能和性能變得更多和更高，對(duì)適用于這類產(chǎn)品的BUCK變換器的性能提出了更高的要求。因此研究BUCK變換器的性能具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[5][6]。1.2課題發(fā)展現(xiàn)狀-30-天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）DC/DC變換器是一種強(qiáng)非線性系統(tǒng)，由于電氣參數(shù)的不確定性以及負(fù)載的多變性，使得DC/DC變換器的控制變得較為復(fù)雜。傳統(tǒng)的控制方法都是基于線性系統(tǒng)理論，很難實(shí)現(xiàn)較好的動(dòng)態(tài)性能。于是，進(jìn)一步的研究在于對(duì)系統(tǒng)建立精確的數(shù)學(xué)模型和采用先進(jìn)的控制算法。

6、隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了許多DC/DC變換器新的控制方法以提高系統(tǒng)性能。例如：(1)雙線性理論；(2)魯棒控制；(3)滑模變結(jié)構(gòu)控制；(4)自適應(yīng)控制；(5)智能控制。這些新控制方法的提出，使DC/DC變換器的穩(wěn)態(tài)誤差趨于零，動(dòng)態(tài)性能獲得很大改善，而且對(duì)參數(shù)的不確定性和負(fù)載的多變性也有很好的魯棒性。1、雙線性理論此系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)，能夠取得較好的控制效果。文獻(xiàn)[7]應(yīng)用此模型對(duì)Boost電路進(jìn)行閉環(huán)控制，不僅保證了充足的穩(wěn)定裕量，而且實(shí)現(xiàn)了較好的瞬態(tài)響應(yīng)。此方法一般適用于兩個(gè)狀態(tài)變量以上的DC/DC變換器拓?fù)洹５@種控制方案的缺點(diǎn)是忽略了輸入電壓擾動(dòng)，若輸入電壓擾動(dòng)不為零，將會(huì)影

7、響系統(tǒng)的性能甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定[7]。2、魯棒控制魯棒控制是處理外加擾動(dòng)和不確定性模型的有力工具，基于DC/DC變換器的線性化小信號(hào)建模。文獻(xiàn)[8]中提出了兩個(gè)自由度控制的設(shè)計(jì)思想，來(lái)實(shí)現(xiàn)DC/DC變換器的魯棒控制。它能夠?qū)ω?fù)載和輸入電壓的變化保證充足的魯棒性。雖然魯棒控制解決了輸入電壓變化的問(wèn)題，但其線性化小信號(hào)建模精確度不高，而且控制器結(jié)構(gòu)不可變，下面介紹的滑模控制和自適應(yīng)控制，這兩種控制能夠?qū)崿F(xiàn)更理想的控制效果[8]。3、滑模變結(jié)構(gòu)控制滑