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1、目 录第 1章 课题背景 .11.1 BUCK电路的工作原理 .11.2 BUCK 开关电源的应用 .1第 2章 课题设计要求 .1第 3章 课题设计方案 .13.1 参数 .13.2 系统的组成 .23.3 主电路部分的设计 .23.3.1 滤波电感的计算 .33.3.2 滤波电容的计算 .33.4 开环系统的分析 .33.4.1 开环原始传递函数的计算 .33.4.2 开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分析图 .43.5 闭环系统的设计 .43.6 双极点双零点补偿控制器的设计 .53.6.1 补偿网络电路的原理分析 .53.6.2 补偿器伯德图 .73.6.3 加入补偿器后系统伯德图分
2、析 .83.7 闭环系统的仿真 .93.7.1 电路模块的添加 .93.7.2 仿真电路参数的设置 .93.7.3 仿真结果 .10第 4章 总结心得 .10第 5章 参考文献 .11第 6章 附录 .111第1章 课题背景1.1 BUCK电路的工作原理BUCK开关电源功能是将电能质量较差的原生态电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。1.2 BUCK开关电源的应用开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电
3、脑机箱，数码产品和仪器类等领域。它巨大的作用决定了对它研究的意义。第2章 课题设计要求1. 根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完成开关电路的设计2. 根据设计步骤和公式，设计双极点-双零点补偿网络，完成闭环系统的设计3. 采用 MATLAB 中 simulink 中 simpowersystems 模型库搭建开环闭环降压式变换器的仿真模型4. 观察并记录系统在额定负载以及突加、突卸 80%额定负载时的输出电压和负载电流的波形第3章 课题设计方案3.1 参数图3-1 Buck变换器主电路图21、 输入直流电压(VIN)：32V。2、 输出电压(VO)：18V 。3、 负载电阻：3 。4
4、、 输出电压纹波峰-峰值Vpp50mV ，电感电流脉动：输出电流的10%。5、开关频率(fs)：80kHz。6、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V,滤波电容C与电解电容RC的乘积为75 。Fu*7、采用压控开关S2实现80%的额定负载的突加、突卸，负载突加突卸的脉冲信号幅值为1，周期为0.012S，占空比为2%，相位延迟0.006S。当s导通时有： （ ） （1）tionloindLVontiLI当s关断时有： （2）DloftILt与 的关系： （3）sf sofn13.2 系统的组成整个BUCK电路包括Gc(S)为补
5、偿器，Gm（S）PWM控制器，Gvd（S）开环传递函数和H(S) 反馈网络。采样电压与参考电压Vref 比较产生的偏差通过补偿器校正后来调节PWM控制器的波形的占空比，当占空比发生变化时，输出电压Uo做成相应调整来消除偏差。系统传函框图：3-2。图3-2 系统传函框图3.3 主电路部分的设计33.3.1 滤波电感的计算由公式 ，其中 （4）LrcIVRNLI1.0，其中 ，R=3 （5）IoNvo8（6）FuCc75设计要求中 ，求得 ， 。mvVr012cRFC410*93.3.2 滤波电容的计算由前面的公式（1），（2），（3）及一些参数 ， ，vVIN32vO18， ， 。算得： ，vV
6、L5.0vOn5.0vVD.ston610*7.， 。stof 6*HL410*23.4 开环系统的分析3.4.1 开环原始传递函数的计算采用小信号模型分析方法可得Buck变换器原始回路增益函数G O(s)为： （7）其中 ， refmVyxoref R*（8）其中 ， 是分压电阻，它们的取值是不固定的，但是他们的单位要是xRy级的，这样整个电路的误差会小。此次设计 ，它们的单位是 。K 18yxRKyxRsH)(（9）将数据代入公式（7），得4410962.134062.1)*9(82)(0 ssssG= 1504.710458. 8.2ss3.4.2 开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分
7、析图将 的表达式输入到MATLAB软件中，可以得到如图3-3所示的伯德图，)(0sG由图可知 =25.6deg。相角裕度过低。需要添加有源超前滞后补偿网络校正。mP图3-3 开环原始传递函数的伯德图3.5 闭环系统的设计5图3-4 闭环系统结构框图图3-4中包含输入电源，滤波电感，滤波电容，负载，脉冲信号，续流二极管，参考电压以及一些传递函数。3.6 双极点双零点补偿控制器的设计3.6.1 补偿网络电路的原理分析图3-5 有源超前-滞后补偿网络电气图图3-5中的有源超前-滞后补偿网络电路由一些电阻和电容的串并联组成，通过数电与模电的知识可以得到它的传递函数表达式： )(sGc211321 31
8、()()()()c sRCsRCGs sR 6（10）有源超前-滞后补偿网络有两个零点、三个极点。（11）HzLCfp 51.46109462.14.3212,1 zRfcZO 7.309.（12）HzffpoZ 38.125.467.05.1（13）HzfpoZ1.2（14）zfZOp67.32（15）kHzfsp40283（16）零点为：38.1221CRfZ（17）51.462)(31312 CRfZ（18）极点为：为原点1pf32CR（19）213fp7（20）频率 与 之间的增益可近似为: 1zf2 21RAV（21）在频率 与 之间的增益则可近似为： 2pf3 2132RAV（22）考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取（ 为开关频率）：sfkHz (23)16580sgf开环传函 的极点频率为：oG(24)HzLCfp 51.46109462.14.322,1 将 两个零点的频率设计为开环传函 两个相近极点频率的 ，则cs oGs2(25)HzffpZ 26.0851.421,21 将
