课程设计（论文）-基于pd控制方式的6a开关电源matlab仿真研究

1基于PD控制方式的6A开关电源MATLAB仿真研究学院电气与光电工程学院专业电气工程及其自动化班级1引言开关电源技术属于电力电子技术的范畴，是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空、国防、教育、文化等领域。开关电源技术的发展实际上是围绕着提高效率、提高性能、小型轻量化、安全可靠、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声的轨迹进行不懈研究，开关电源是整个电源技术中至关2重要的部分，其中BUCK变换器补偿网络设计最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于BUCK族。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，开关电源比普通线性电源体积小,轻便化，更便于携带。常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例积分微分（PID）等三种类型。MATLAB软件是一个适用于科学计算和工程应用的数学软件系统，历尽20多年的发展，现已是IEEE组织认可的最优化的科技应用软件。该软件有以下特点数值运算功能强大；编程环境简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。本文将针对基于PD控制方式的6A开关电源的MATLAB的仿真研究做出了应用举例。2基于PD控制方式的BUCK电路的综合设计21技术指标输入直流电压VIN10V；输出电压VO5V；输出电流IN6A；输出电压纹波VRR50MV；基准电压VREF15V；开关频率FS100KHZ滞环控制为PFM方式，不受此限制22BUCK主电路设计主电路如图1图1BUCK主电路23BUCK主电路各参数设计（1）滤波电容参数计算出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关CR3MIVIRNRLRC6741205通常并未直接给出，但趋于常数，约为，此处取CRF8FCR75可知RC6179457可得FCCM180,86179424取取（2）滤波电感参数计算根据基尔霍夫电压定律，可知开关管导通与关断状态下输入电压和输出电压满足下INVO列方程SKHZFTILVTSOFNFDONLOIN101假设BUCK变换器性能要求，假设二极管D的通态压降,电感L中的电阻压降为VD5,开关管S中的导通压降,且有串联电阻VL10VON508306NOLIR可知1465041ONFOFLNTSTI可得456142,5320S6OFNONTDHLL取24采用参数扫描法，对所设计的主电路进行MATLAB仿真当，电感电流和输出电压的波形分别如下HL21图2电感波形5图3输出电压波形3补偿网络设计31原始回路增益函数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0SGLCRSVHSGINM201假设PWM锯齿波幅值,采样电阻，由此可得采样网络传递VM51KA3KB3函数为01BARS可得66260108183017535SSG解得1047210783550SS极点频率HZLCFP682660零点转折频率ZRFCESR21051804163使用MATLAB画出原始回路增益函数伯德图程序如下NUMCONV2,75E51DEN378E8253E51GTFNUM,DENMARGING6图4原始回路增益函数伯德图相位裕度413穿越频率152E3HZ根据要求相位裕度应达到5055穿越频率提升到（即10KHZ20KHZ）SSFF510均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。32PD补偿网络设计PD补偿网络的传递函数通常以为超前校正网络的传递函数近似代替，超前校正网络的传递函数为PZCWSKG1PC假设期望的相位裕度，穿越频率5KHZFC5为了提高系统穿越频率，则需要在其幅值下降前抬高它的下降速度为20DB/S，才能提高其穿越频率。因此令7补偿网络零点频率KHZFCZ7345SIN1SIN1补偿网络极点频率ZFCP574SIN15SIN1则SKRADFWZZ/297342P85公式求得补偿网络增益12457342168001320PZPCFGFK可得10342810928174163SSWSSPZC使用MATLAB绘制补偿网络传递函数伯德图程序如下NUM148E34412DEN334E61GTFNUM,DENMARGING8图5PD补偿网络传递函数伯德图在不忽略电容等效电阻的情况下，系统低频段多出一个零点，抑制了相位裕度的范围，只使用单一的PD调节难以做到既满足相位裕度，又满足幅值穿越频率。因此这里暂时忽略电容等效电阻带来的影响。整个系统的传递函数如下1082107931026450SSSGSCS使用MATLAB绘制整个系统经补偿后的传递函数伯德图程序如下NUM296E38824DEN126E13379E828E51GTFNUM,DENMARGING9图6整个系统经补偿后的伯德图相位裕度551穿越频率129E4HZ因此可知，经过校正，系统满足了要求指标PD补偿后总的系统伯德图如下10图7PD补偿后总的系统伯德图4负载满载运行及突加突卸41负载满载运行时的电路图及其波形仿真411负载满载运行时的电路图11图8负载满载运行时的电路图412负载满载运行时的仿真图图9负载满载运行时电流、电压波形图（PD）12图10负载突加突卸80运行时电流、电压局部波形图（PD）42负载突加突卸80时的电路图及其波形仿真421负载突加突卸80运行时的电路图图11负载突加突卸80运行时的电路图422负载突加突卸80运行时的仿真图采用脉冲控制理想开关的通断，观察系统突加突卸能力（负载扰动）13图12负载突加突卸80运行时电流、电压波形图（PD）图13负载突加突卸80运行时电流、电压局部波形图（PD）由于忽略了电容等效电阻，使得输出电压纹波极小，小于50MV，满足要求。系统在突加突卸80负载的时候，电压约有02V的波动，恢复时间约为200S，效果并不很好。在负载突加突卸80时，有14652021NOLLIVR解得6125RL5电源扰动20时电路图及仿真图51负载满载运行时的电路图及其波形仿真511电源扰动20运行时的电路图图14电源扰动20运行时的电路图512电源扰动20运行时的仿真图观察系统电源突加突卸能力（电源扰动）15图15电源扰动20运行时的电流、电压波形图（PD）图16电源扰动20运行时的电流、电压局部波形图（PD）6作业小结这次设计电路，让我不仅了解了BUCK变换器基本结构及工作原理，掌握了电路器件选择16和参数的计算，并且学会使用MATLAB仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真，使自己对开关电源和电力电子又有了更加深刻的了解。在做报告的这段时间里，我通过不断的查找资料，并且在MATLAB中仿真实现了。在此过程中，我对MATLAB在仿真中的应用有了进一步的了解和掌握，MATLAB在电力电子方面的仿真应用时，可以将电力电子电路输出效果图形化，形象直观，可以帮助我们对电路的理解。这次设计电路也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，我认识到自己还有很多东西需要进一步加强学习，与同学们相互探讨，相互学习，相互监督，除此之外，此次课程设计还提高了我查阅资料的能力，有些知识并不能在现有书本上找到，需要自己去借阅图书，上网查找其他的学术文章作为参考，让我得到了很多收