BUCK降压电路的设计与仿真【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip
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自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书
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Buck电路
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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计，使学生受到自动化工程师所必备的综合训练，在不同程度上提高各种设计及应用能力，具体包括以下几方面：1. 调查研究、中外文献检索与阅读的能力。2. 综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力。3. 定性与定量相结合的独立研究与论证的能力。4. 设计方案的制定、分析计算处理的能力。5.使用计算机软件进行仿真验证与绘图的能力。6. 逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达的能力。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1.本课题设计的是金卤灯电子镇流器的中间部分Buck降压电路，采用电流峰值控制芯片UC3843来实现PWM驱动控制，通过检测BUCK回路中流过的电流，也就是通过检测采样电阻两端的电压来实现对MOS管的控制。设计参数如下：当输入电压为直流400V、负载电阻103欧姆时，BUCK电路输出电压波形，稳态时平均电压约达到86V，电压脉动幅度为3V，小于BUCK输出电压的5%，不会发生声谐振现象。最后，采用ORCAD软件对设计的BUCK电路进行仿真验证。2.设计系统的硬件电路和软件程序，包括详细的硬件设备配置，系统连接，调试等详细步骤；3.最终完成一篇符合金陵科技学院毕业论文规范的系统技术文档，包括各类技术资料，电路图纸等；4.设计方案合理，能够体现一定的创新性。5.能够完成各项规定的任务，参加最后的毕业设计答辩。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1.按期完成一篇符合金陵科技学院论文规范的毕业设计说明书（毕业论文），能详细说明设计步骤和思路；2.能有结构完整，合理可靠的技术方案；3.能有相应的电气部分硬件电路设计说明；4.有相应的图纸和技术参数说明。5.要求仿真调试成功，并在答辩时完成仿真结果的展示。4主要参考文献： 1.张占松，蔡宣三开关电源的原理与设计M北京：电子工业出版社，20052.陈传虞电子节能灯与电子镇流器的原理和制造M.北京：人民邮电出版社，2004.3.路秋生高频电子镇流器技术与应用M北京：人民邮电出版社，2004.4.陈坚电力电子学电力电子变换和控制技术M北京：高等教育出版社，2002.5.毛新武，祝大卫新型电子镇流器电路原理与设计M北京：人民邮电出版社，2007.6.陈建业电力电子电路的计算机仿真M北京：清华大学出版社，2003.7.贾新章Orcad/PSpice9实用教程M西安：电子科技大学出版社，19998.王辅春，刘明山，迟海涛从实例中学习OrCADM北京：机械工业出版社，20069.金发庆.传感器技术与应用M.北京:机械工业出版社,2006.10.夏继强. 单片机实验与实践教程M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001.11.魏克新.自动控制综合应用技术M.北京:机械工业出版社,2007.12.白志刚.自动调节系统解析与PID整定M.北京:化学工业出版社,2012.13.沈聿农.传感器及应用技术M.北京:化学工业出版社,2001.14.张卫平.MH灯电气模型及其电子镇流器控制规律的研究J.电子学报.1999(8)15.鲍志云，王卫，张伟强，等金属卤化物灯电子镇流器消除声共振的几种方法J中国照明电器2002(9).毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.11.102015.12.13调研、收集相关资料、对学生进行初步辅导，拟题、选题、填写任务书。2015.12.152015.12.31学生查看任务书，为毕业设计的顺利完成，进行前期准备。12月31日前正式下发任务书。12月21日两个系提交专业选题分析总结（撰写要求详见对内通知中附件2）2016.01.092016.04.05学生在指导教师的具体指导下进行毕业设计创作；拟定论文提纲或设计说明书（下称文档）提纲；撰写及提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲；在2016年4月5日前学生要提交基本完成的毕业设计创作成果以及文档的撰写提纲，作为中期检查的依据。指导教师指导、审阅，定稿由指导教师给出评语，对论文主要工作未通过的学生下发整改通知。2016.04.062016.04.10提交中期课题完成情况报告给指导教师审阅；各专业组织中期检查（含毕业设计成果验收检查）。2016.04.112016.05.10进行毕业设计文档撰写；2016年5月8日为学生毕业设计文档定稿截止日。2016年5月9日-13日，指导教师和评阅教师通过毕业设计（论文）管理系统对学生的毕业设计以及文档进行评阅，包括打分和评语。5月1日前，做好答辩安排，通知学生回校进行答辨2016.05.142016.05.15查看答辩安排，毕业设计（论文）小组答辩2016.05.162016.05.29对未通过答辨的学生进行二次答辨完成毕业设计的成绩录入2016.05.302016.06.07根据答辩情况修改毕业设计（论文）的相关材料，并在毕业设计（论文）管理系统中上传最终稿，并且上交纸质稿。2016年6月7日为学生毕业设计文档最终稿提交截止日。2016.06.072016.06.30各系提交本届毕业设计（论文）的工作书面总结及相关材料。所在专业审查意见：通过负责人： 2015 年 12 月21 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 气体放电灯电子镇流器诞生于20世纪70年代末，80年代初，到1990年得到广泛的应用。在20世纪90年代，HID灯电子镇流器开始崭露头角。电子镇流器最早应用于荧光灯。自荧光灯于1938年问世之后的40多年期间，人们一直采用电感镇流器，并配之启动器作为启动和限流元件。电感镇流器可靠性较高，使用寿命长、技术成熟、价格便宜，但是这种镇流器体积大，材料消耗多，功率消耗大、功率因数低（0.30.4）、噪音大、频闪。金卤灯与其他高强度气体放电灯相比，其最大的不同之处是它具有更高的启动电压和再启动电压，因此与其配套的点灯电路必须能够提供足够高的启动电压使电弧管击穿，并且能够提供足够的能量使辉光放电尽快转化为弧光放电。金卤灯稳态工作时工作在弧光放电阶段，此时伏安特性曲线的斜率是负的，具有负阻特性。当灯电流上升时，灯管的工作电压下降，但是供电电压不会下降，多出的这点电压加到灯管后会使灯电流进一步上升，如此循环，最终烧坏灯管或使灯管熄灭。为了让系统能够稳定工作，必须给金卤灯串联一个正阻抗，才能使金卤灯稳定运行，这个正阻抗装置叫做镇流器。为使金卤灯可靠的运行，金卤灯镇流器应该具有以下功能：1能提供足够高的启动电压，金卤灯的冷启动一般需要35KV，宽度大于lus的脉冲高压，而且在灯启动过程中该高压不能对灯及镇流器的其他元器件造成损害。金卤灯热启动电压一般为几十千伏。2当灯启动后，金卤灯镇流器应能有效地调节灯电流，使灯电流控制在一个有效的范围内，以保证灯稳定可靠地工作。3能消除“声谐振”现象；金卤灯在高频电源驱动时会出现放电电弧不稳定现象，如电弧电压突然升高，电弧弯曲、摇晃，严重时会吹断电弧，甚至使电弧管爆裂。大多数HID灯在5010KHZ的频率下工作时，可以避免发生声谐振。在HID灯电子镇流器设计中，大多将其输出设置在100400HZ的范围内12 13。若频率低于100HZ，易引起灯闪烁。4能够长时间点燃，即使在各种恶劣环境下也能正常工作，金卤灯主要用作室外的照明，开灯时间往往较长，且露天场合环境恶劣，冬季温度低至-20C并不罕见，而夏季温度高达+40C的情况也屡见不鲜，因此要求金卤灯用镇流器必须能够忍耐各种恶劣环境。5应该具有保护和控制功能，灯管由于某些原因导致灯启动失败（如灯头与灯座接触不良，灯管老化失效，或未接灯管），在一定时间后电子镇流器应自动切断加至灯管的高压脉冲。还应具有温度保护，如当金卤灯镇流器温度高于一定温度时，会自动关机，当镇流器温度回归至正常温度时，自动恢复开机。6谐波含量要求，必须把电流谐波含量控制在规定的限值之内，以防止对电网造成污染，同时要保证整个系统具有高功率因数（0.95以上），以及电子镇流器在工作时对周围环境的电磁干扰（EMI）降低到可以接受的程度。金卤灯是高强度气体放电灯灯中性能最为优越的一种电光源，具有光效高、寿命长、显色性好等优点，因而得到了广泛的应用和具有广阔的发展前景。金卤灯的伏安特性呈负阻特性，不能直接接入恒定电压的电网上去的，必须配备镇流器才能正常工作。由于金卤灯在高频下工作容易产生声谐振现象，而低频方波点灯的方案可以有效地克服金属卤化物灯声谐振，低频方波点灯包括以下结构，第一级PFC电路通常采用Boost PFC电路，主要功能是提高功率因数，同时把50HZ、220V交流电转变成直流电（400V直流电）；第二级DC/DC级采用Buck降压电路，主要功能是控制输出电压、电流的大小，使400V的直流电降为较低的直流电（85V）；第三级为不控的低频全桥逆变电路，将直流电转换为低频方波给金卤灯供电，避免金卤灯工作在直流状态下影响灯的寿命，同时避免了金卤灯在高频下发生声谐振现象。点火电路完成金卤灯的启动和正常工作供电。本设计主要讨论70W金卤灯电子镇流器中Buck电路的设计并进行仿真。参考文献：1 刘先德，姚晓乌近代照明光源性能剖析J电工技术杂志2003(9).2 沈季平金属卤化物灯的进展J2003. 3 鲍志云，王卫，张伟强，等金属卤化物灯电子镇流器消除声共振的几种方法J中国照明电器2002(9).4 俞安琪，赵文斌，蒋航金属卤化物灯电感镇流器与电子镇流器的综合比较J中国照明电器2007(10).5 程曼丽，刘明，郭芬功率因数校正技术及不同控制策略研究J现代电子技术2003.6 陈传虞电子节能灯与电子镇流器的原理和制造M.北京：人民邮电出版社，20047 路秋生高频电子镇流器技术与应用M北京：人民邮电出版社，20048 陈坚电力电子学电力电子变换和控制技术M北京：高等教育出版社，20029 陈寿才电子镇流器的电磁兼容问题研究J山西电子技术2007(5). 10 陈建业电力电子电路的计算机仿真M北京：清华大学出版社，200311 李永平，董欣PSpice 电路优化程序设计M北京：国防工业出版社，200412 贾新章Orcad/PSpice9实用教程M西安：电子科技大学出版社，199913 刘汉奎，吕寿坤，徐殿国应用于电子镇流器的高强度气体放电灯建模方法综述J2004 .14 张卫平.MH灯电气模型及其电子镇流器控制规律的研究J.电子学报.1999(8).15 康华光.电子技术基础. M.高等教育出版社.2005.毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题要研究或解决的问题是：1.如何对系统的电子元件进行选择，以及仿真软件的选择；2.在一定的基础上，如何进行软件编程及电路设计；3.在完成上述两个步骤后，还需考虑怎样设计出整体的电路原理图。研究手段（途径）：1.去图书馆查阅相关资料，经过汇总，作为参考资料；2.充分利用网络资源，进行相关信息的搜索；3.以小组讨论的形式展开对课题的研究；4.理论联系实际，利用学校创新实验室中的设备进行模拟仿真。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：综述内容较为丰富，参考文献合理，概括了气体放电灯及其电子镇流器的相关背景、基础知识、历史发展等，同时还对本课题所研究的任务进行了一定的阐述，对本课题的研究有一定的指导意义。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题研究的任务是对气体放电灯电子镇流器进行设计，是对电力电子领域的一个实例进行探讨，技术相对成熟，深度中等，但是涉及到的知识面较广，例如电力电子技术、单片机技术、电子元器件相关知识等，学生可以通过实例调研，查阅专业资料，进行系统调试，来实现最终的设计任务和结果，并对自己的专业应用能力是一个非常大的提高。 3.是否同意开题： 同意 不同意 指导教师： 2016 年 03 月 25 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 30 日Designing Stable Control LoopsThe objective of this topic is to provide the designer with a practical review of loop compensation techniques applied to switching power supply feedback control. A top-down system approach is taken starting with basic feedback control concepts and leading to step-by-step design procedures, initially applied to a simple buck regulator and then expanded to other topologies and control algorithms. Sample designs are demonstrated with Math cad simulations to illustrate gain and phase margins and their impact on performance analysis. I. INTRODUCTIONInsuring stability of a proposed power supply solution is often one of the more challenging aspects of the design process. Nothing is more disconcerting than to have your lovingly crafted breadboard break into wild oscillations just as its being demonstrated to the boss or customer, but insuring against this unfortunate event takes some analysis which many designers view as formidable. Paths taken by design engineers often emphasize either cut-and-try empirical testing in the laboratory or computer simulations looking for numerical solutions based on complex mathematical models. While both of these approach a basic understanding of feedback theory will usually allow the definition of an acceptable compensation network with a minimum of computational effort.II. STABILITY DEFINEDFig. 1. Definition of stability Fig. 1 gives a quick illustration of at least one definition of stability. In its simplest terms, a system is stable if, when subjected to a perturbation from some source, its response to that perturbation eventually dies out. Note that in any practical system, instability cannot result in a completely unbounded response as the system will either reach a saturation level or fail. Oscillation in a switching regulator can, at most, vary the duty cycle between zero and 100% and while that may not prevent failure, it wills ultimate limit the response of an unstable system.Another way of visualizing stability is shown in Fig. 2. While this graphically illustrates the concept of system stability, it also points out that we must make a further distinction between large-signal and small-signal stability. While small-signal stability is an important and necessary criterion, a system could satisfy this requirement and yet still become unstable with a large-signal perturbation. It is important that designers remember that all the gain and phase calculations we might perform are only to insure small-signal stability. These calculations are based upon and only applicable to linear systems, and a switching regulator is by definition a non-linear system. We solve this conundrum by performing our analysis using small-signal perturbations around a large-signal operating point, a distinction which will be further clarified in our design procedure discussion。Fig. 2. Large-signal vs. small-signal stabilityIII. FEEDBACK CONTROL PRINCIPLESWhere an uncontrolled source of voltage (or current, or power) is applied to the input of our system with the expectation that the voltage (or current, or power) at the output will be very well controlled. The basis of our control is some form of reference, and any deviation between the output and the reference becomes an error. In a feedback-controlled system, negative feedback is used to reduce this error to an acceptable value as close to zero as we want to spend the effort to achieve. Typically, however, we also want to reduce the error quickly, but inherent with feedback control is the tradeoff between system response and system stability. The more responsive the feedback network is, the greater becomes the risk of instability. At this point we should also mention that there is another method of control feed forward.With feed forward control, a control signal is developed directly in response to an input variation or perturbation. Feed forward is less accurate than feedback since output sensing is not involved, however, there is no delay waiting for an output error signal to be developed, and feed forward control cannot cause instability. It should be clear that feed forward control will typically not be adequate as the only control method for a voltage regulator, but it is often used together with feedback to improve a regulators response to dynamic input variations.The basis for feedback control is illustrated with the flow diagram of Fig. 3 where the goal is for the output to follow the reference predictably and for the effects of external perturbations, such as input voltage variations, to be reduced to tolerable levels at the output Without feedback, the reference-to-output transfer function y/u is equal to G, and we can express the output asy = GuWith the addition of feedback (actually the subtraction of the feedback signal)y = Gu - yHGand the reference-to-output transfer function becomesy/u=G/1+GHIf we assume that GH _ 1, then the overall transfer function simplifies to y/u=1/H Fig. 3. Flow graph of feedback controlNot only is this result now independent of G,it is also independent of all the parameters of the system which might impact G (supply voltage, temperature, component tolerances, etc.) and is determined instead solely by the feedback network H (and, of course, by the reference).Note that the accuracy of H (usually resistor tolerances) and in the summing circuit (error amplifier offset voltage) will still contribute to an output error. In practice, the feedback control system, as modeled in Fig. 4, is designed so that G _ H and GH _ 1 over as wide a frequency range as possible without incurring instability. We can make a further refinement to our generalized power regulator with the block diagram shown in Fig. 5. Here we have separated the power system into two blocks the power section and the control circuitry. The power section handles the load current and is typically large, heavy, and subject to wide temperature fluctuations. Its switching functions are by definition, large-signal phenomenon, normally simulated in most stability analyses as just a two states witch with a duty cycle. The output filter is also considered as a part of the power section but can be considered as a linear block. Fig. 4. The general power regulatorIV. THE BUCK CONVERTER The simplest form of the above general power regulator is the buck or step down topology whose power stage is shown in Fig. 6. In this configuration, a DC input voltage is switched at some repetitive rate as it is applied to an output filter. The filter averages the duty cycle modulation of the input voltage to establish an output DC voltage lower than the input value. The transfer function for this stage is defined by tON=switch on -timeT = repetitive period (1/fs)d = duty cycle Fig. 5. The buck converter.Since we assume that the switch and the filter components are lossless, the ideal efficiency of this conversion process is 100%, and regulation of the output voltage level is achieved by controlling the duty cycle. The waveforms of Fig.6 assume a continuous conduction mode (CCM) Meaning that current is always flowing through the inductor from the switch when it is closed, And from the diode when the switch is open. The analysis presented in this topic will emphasize CCM operation because it is in this mode that small-signal stability is generally more difficult to achieve. In the discontinuous conduction mode (DCM), there is a third switch condition in which the inductor, switch, and diode currents are all 5-4 zero. Each switching period starts from the same state (with zero inductor current), thus effectively reducing the system order by one and making small-signal stable performance much easier to achieve. Although beyond the scope of this topic, there may be specialized instances where the large-signal stability of a DCM system is of greater concern than small-signal stability. There are several forms of PWM control for the buck regulator including, Fixed frequency (fS) with variable tON and variable tOFF Fixed tON with variable tOFF and variable fS Fixed tOFF with variable tON and variable fS Hysteretic (or “bang-bang”) with tON, tOFF, and fS all variable Each of these forms have their own set of advantages and limitations and all have been successfully used, but since all switch mode regulators generate a switching frequency component and its associated harmonics as well as the intended DC output, electromagnetic interference and noise considerations have made fixed frequency operation by far the most popular. With the exception of hysteretic, all other forms of PWM control have essentially the same small-signal behavior. Thus, without much loss in generality, fixed fS will be the basis for our discussion of classical, small-signal stability. Hysteretic control is fundamentally different in that the duty factor is not controlled, per se. Switch turn-off occurs when the output ripple voltage reaches an upper trip point and turn-on occurs at a lower threshold. By definition, this is a large-signal controller to which small-signal stability considerations do not apply. In a small signal sense, it is already unstable and, in a mathematical sense, its fast response is due more to feed forward than feedback. 中文翻译： 设计稳定控制回路引言：本主题的目的是为设计者提供有关环路补偿技术的实用总结，该技术可应用于开关电源的反馈控制。采用自上而下的系统方法作为基本反馈控制理念的第一步，并产生逐步的设计过程，最初应用于简单的降压稳压器，然后扩大到其他的拓扑结构和控制算法。样本设计并采用数学仿真CAD证明，说明了增益和相位裕度及其对性能分析的影响。一、简介： 电源解决方案的稳定性往往是设计过程中具挑战性的方面之一。当你把精心设计线路板在给老板或客户展示时出现严重的振荡，没什么比这令人不安的，但为了避免这种不幸的事情要做一些许多设计师都认为比较困难的数据分析。设计工程师所采取的路径往往强调的是削减和尝试在实验室或计算机模拟寻找数值解的基础上复杂的数学模型的经验测试。虽然这两种方法的反馈理论基本可以理解，通常会允许一个可以接受的补偿网络的定义与最小的计算工作量。二、稳定性的定义：图1 稳定的定义 图1给出了至少一个稳定的定义的快速说明。在其最简单的条件下，系统是稳定的，如果受到来自某些方面的扰动，其响应结果就是扰动消失。请注意，在任何实际的系统中，不稳定不能导致一个完全无界的响应，因为系统将达到饱和的水平，或系统损坏。大多数情况下，在开关调节器中的振荡可以改变零和100%之间的占空比，而这可能无法防止故障，它会最终限制一个不稳定系统的响应。 另一种可视化稳定性的方法如图2所示。虽然这样的图形说明了系统的稳定性的概念，它也指出，我们必须进一步区分大信号和小信号稳定。虽然小信号稳定是一个重要的和必要的标准，一个系统可以满足这个要求的同时仍然可能是不稳定的一个大信号扰动。重要的是，设计师要记住，我们所能做的所有的增益和相位计算只能保证小信号的稳定性。这些计算都是只适用于线性系统，而一个开关调节器是一个非线性系统。我们利用小信号扰动在大信号工作点进行分析解决这一难题，在我们的设计方法的探讨中将进一步澄清这个区分。 图2 大信号与小信号稳定 三、反馈控制原理：一个不受控制的电压源（或电流，或功率）被应用到我们的系统的输入，期望的输出电压（或电流，或功率），将非常好地控制。我们控制的基础是某种形式的参考值，输出值和参考值
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