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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
2、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11.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
3、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与突加、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.1、 输入直流电压：32V.2、 输出电压：18V.3、 负载电阻：3.4、 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：80kHz.6、BUCK主电路二极管的通态压降VD=0.5V,
4、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75.7、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当s关断时有： 2t与的关系： 33.2 系统的组成整个BUCK电路包括Gc为补偿器,GmSPWM控制器,GvdS开环传递函数和H 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.
5、3 主电路部分的设计3.3.1 滤波电感的计算由公式,其中 4,其中,R=3 5 6设计要求中,求得,.3.3.2 滤波电容的计算由前面的公式1,2,3与一些参数,.算得：,.3.4 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GO为： 7其中, 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级的,这样整个电路的误差会小.此次设计,它们的单位是. 9将数据代入公式7,得 =3.4.2 开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分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,由图可知=25.6deg.相
6、角裕度过低.需要添加有源超前滞后补偿网络校正. 图3-3 开环原始传递函数的伯德图3.5 闭环系统的设计图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,参考电压以与一些传递函数.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： 10有源超前-滞后补偿网络有两个零点、三个极点. 11 12 13 14 15 16零点为： 17 18极点为：为原点 19 20频率与之间的增益
7、可近似为: 21在频率与之间的增益则可近似为： 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：kHz 开环传函的极点频率为： 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 将补偿网络两个极点设为,以减小输出的高频开关纹波. 根据已知条件使用MATLAB程序算得校正器Gcs各元件的值如下程序见附录,取R2=10000欧姆：=1.4259；=548.0150；=18.2477；=7.6462e-008；=1.0902e-007；=1.9894e-010；=7.0133e+003.通过公式10得出：=3.6.2补偿器伯德图图3-6 补偿器伯德图 3.6.3 加入补偿器后系统伯
8、德图分析图3-7 加入补偿器后系统的伯德图由图可知,在加入补偿器之后的=152deg,它远远大于未补偿之前的=25.6deg,相角裕度增加,达到设计的要求.3.7 闭环系统的仿真3.7.1 电路模块的添加在MATLAB软件中,点击Simulink,新建一个.mdl的文件,然后按照仿真电路图向其中添加相应的模块.本次的课程设计所需的模块大多数都在SimpowerSystem中,如power,Mosfet,L,Relay,Rc,C,Pulse Generator,Ideal Switch,R,Voltage Measurement,Scope,Transport delay,gelding,Tra
9、nsfer F,Saturation,3.7.2 仿真电路参数的设置输入的直流电压为18V.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.设置仿真时间为0.04s,采用ode23s算法,可变步长.设置传输延迟的时间延迟为0.006,积分的饱和度上限为0.8349,下限为0.832,绝对误差为0.000001,PWM的载波为80kHz,幅值为14.4V的锯齿波.3.7.3 仿真结果图3-8 未加干扰仿真图图3-9 加干扰仿真图第4章 总结心得通过这次设计,更加深入的理解和掌握了这方面的知识,对本专业的认识
10、也更加深入,在设计过程中,自己也学到了许多新的知识,有很多感悟和体验心得.本课程设计是在韩霞老师的亲切关怀与细心指导下完成的.从课题的选择到最终的完成,韩老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持,让我们获益菲浅,并且将终生受用无穷.在此对钱老师表示最衷心的感谢！ 第5章 参考文献1 电力电子技术王兆安机械工业 2 开关电源技术教程张占松机械工业3 电源的计算机仿真技术陆治国科学4 电力电子技术计算机仿真实验李传琦电子工业5 电力电子应用技术的MATlab仿真杜飞中国电力6 电力电子技术的MATLAB实践黄忠霖国防工业7 电力电子系统建模与控制徐德洪机械工业第6章 附录附录1 MATLAB所用程序
11、：clc;clear;Vg=32;L=1.624*10;C=9*10;fs=80*103;R=3;Vm=14.4;H=0.8;Rc=0.083;G0=tf;figure;margin;fp1=1/2*pi*sqrt;fg=*fs;fz1=*fp1;fz2=*fp1;fp2=fs;fp3=fs;marg_G0,phase_G0=bode;marg_G=1/marg_G0;AV1=fz2/fg*marg_GAV2=fp2/fg*marg_GR2=10*103;R3=R2/AV2C1=1/C3=1/C2=1/R1=1/num=convC1*R2,1,*C3,1;den1=conv*R1,0,R3*C3,1;den=convden1,R2*C1*C2/,1;Gc=tf;figure;bode;G=series;figuremargin附录2 仿真电路原理图：.
