基于i控制方式的10a开关电源 sim仿真研究设计.doc

1、 现代仪器电源课程综合论文一 绪论Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路二 实验目的：(1)了解Buck变换器基本结构及工作原理；(2) 掌握电路器件选择和参数的计算；(3) 学会使用pism仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真。(4) 学会使用pism仿真软件对控制环节的仿真技术。(5)学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度三 实验要求：输入直流电压(VIN)：15V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：10A；输出电压纹波(

2、Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz。四 主电路功率的设计（1）buck 电路图4-1-1： buck 电路 图4-1-1 =25mohmc*Rc的乘积趋于常数5080uF，我使用75*F，由式(1)可得RC=25mohm，C=3000F。开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如下式所示： Ton+Toff=1/fs设二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V。经计算得 L=17.54667uH。（2）用psim软件参数扫描法计算：当L=10uH时，输出电压和电流和输出电压纹波4-2-1 如图

3、4-2-1 当L=17.54667uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-1 图4-2-1当L=30uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-3 图4-2-3我用psim的作参数扫描，显然有图可得，当L=20uH时，输出电流I=10A，输出电压为U=5v。输出电压纹波为Vpp=50mv。所以我选择L=17.54667uH。所以理论分析和计算机仿真结果是一致的。 (3)交流小信号模型中电路参数的计算如下：占空比： 直流增益： ，双重极点频率： 品质因数： ，在具有双重极点的传递函数中，频率特性在极点频率附近变化非常剧烈，其中相频特性变化非常剧烈段的起始频率fa和终止频率fb，由下可

4、以确定： （4）采用小信号模型分析经分析得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为： 假设PWM锯齿波幅值Vm1.5V，RX3，Ry1.3，由此可得采样网络传递函数=0.3，原始回路直流增益3。双重极点频率:=0.695kHz用matlab画出的G0（s）的伯德图：程序：num=0.000225 3;den=0.000000053 0.000034994 1;mag1,phase1,w1=bode(num,den);margin(mag,phase,w)如图所得，该系统相位裕度 40.3度，穿越频率为1.49e+003Hz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率

5、和相位裕度。 使其快速性和稳定性增加。六 补偿网络的设计为了提高穿越频率，设加入补偿穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率是开关频率的二十分之一，即=/20=100/5取15KHZ。 所以使用pi调节。 PI环节是将偏差的比例（P）、积分(I)环节经过线性组合构成控制量。称为PI调节器。这种调节器由于引入了积分环节（I）所以在调节过程中，当输入和负载变化迅速时，此环节基本没有作用，但由于积分环节的引入在经过足够长的时间可以将系统调节到无差状态。如图: 有图可以得到：传递函数为因为RX3，Ry1.3 与R1直接相连可能会导致的R1失效，所以要接一个电压跟随器。又因为要R1上的功率最好应

6、该小于3w。 I=Vo/Rx+Ry Ur1=I*R1 Ur1*Ur1/R1=2.5ohm 我取： R1=3ohm 因为是pi调节器，所以我选择R2比较大，增益增大。 R2我选择39ohm。C=e-6f。 Gc（s）=1+3.9e-5s/3.00e-6s 用matlab求的bode图： num=3.9e-5 1;den=3.00e-6,0;g=tf(num,den);margin(g) G(s)=G0(s)*Gc(s)=(3+225e-6s)(1+3.9-5s)/(5.53e-8S*S=34.994*s+1)(3e-6s)（2）总电路的波特图 用matlab求的bode图:num=0.00022

7、5 3;den=0.000000053 0.000034994 1;f=tf(num,den);num1=3.9e-5 1;den1=3e-6 0;g=tf(num1,den1);num2=conv(num,num1);den2=conv(den,den1);margin(num2,den2) 相位裕度为55.7度，穿越频率为9.79e+003Hz比起G0（S）穿越频率增加，提高了相位裕度，改善了系统的瞬态响应，和稳定性所以满足了要求。七 总电路图的设计（1）总电路图的设计图7-1-1 图7-1-1总电路的设计采用Psim.软件。PSIM是专门为电力电子和电动机控制所设计的模拟软体。 由于快速

8、的模拟方式和容易操作的使用者界面，PSIM提供一种强而有力的模拟环境来满足你的模拟需求。 PSIM电力电子系统模拟软体。（3）总电路的仿真图7-3 图7-3(4) 如何减小超调量关于由于开环传涵的超调量较大，有两种方法可以解决，第一种采用软启动，第二种是改变补偿网络的传涵，由于得到的图已经满足要求，所以采取软启动，这样就降低了图形的超调量。软启动： 1。用软启动方式 2。不用软启动方式采用给电容充电的方式，降低开始电压的输入，所以，可以降低电压的超调。（5）改变电压值是Vin=12v 图7-5 图7-5右图可知，输出电压为4.98v。，超调量也满足要求，由此可得该电路的抗电压降低的能力也不错。

9、 改变电压为Vin=18v 图7-6 图7-6 输出电压5.。92v 满足超调量要求，所以该电路也抗升压。八 心得体会 论文写到这里，我不禁有感而发，辛苦的突击式的完成了这篇论文，此时此时有种醍醐灌顶的感觉。 曾经的学习都是为了考试而学，以为考过了就算掌握了那么课的知识，根本不去想 为什么要去学这门课程？ 这门课程有什么作用？如何把学过的进行整合，将各种基础课程联系起来。感谢许老师用心良苦的给我们这次机会去完成这样一篇论文，使得我深刻的认识到要真正掌握知识不能抱着考试考高分的心态，考试考得再好，不一定代表自己能掌握，更别提如何熟练运用它。 之前自我感觉学的还可以的 自动控制原理 ，等到我为了完

10、成这篇论文再重新去查阅它，发现自己那些 幅频特性，相位裕度等知识原来知识存在大脑里的一个概念，根本没有去理解它，没有结合实际的去消化吸收它。像这样的情况还有很多，在模电里也遇到。所以这也是我花了如此长的时间去艰难的完成这篇论文，在此过程中，我很彻底的重新学习了很多以前学过的知识。第一次写这种论文，虽然结果还不完美， 但我感觉学习到的知识和经验远远超过了写论文的本身。 熬夜身体很疲劳，但我现在心里却感觉无比的充实，可能这就是所谓痛并快乐着吧！ 参考文献张晋格主编 控制系统CAD仿真 机械工业出版社，2004张建生主编 现代仪器电源 科学出版社，2005王兆安，黄俊主编 电力电子技术 机械工业出版社，2000邵裕森主编 过程控制及仪表 上海交通大学出版社 2007黄忠霖，周向明主编控制系统MATLAB计算及仿真实训国防工业出版社陈丽兰主编 自动控制原理 电子工业出版社 2006【美】Katsuhiko Oagta著 现代控制工程（第四版） 电子工业出版社 2003