CAD课程设计BUCK降压电路工作原理.doc

华东交通大学课程设计报告目录摘要2引言2一、设计要求及思路整理31）设计要求32）分析3二、Buck电路的基本原理41）Buck电路原理42）输出电压uo和电流io的计算5三、闭环控制6四、平均电流控制系统仿真7五、心得体会17参考文献18摘要本设计是在理解掌握BUCK降压电路工作原理的基础之上，熟悉一般电源负反馈的控制方法，实现平均电流控制。本设计使用Matlab和Simulink软件实现仿真，建立BUCK降压电路的小信号模型，并使用仿真软件所提供的实际功率元件模型，对Buck降压电路引入负反馈，并对电流模式控制中的平均电流控制进行仿真。关键字：BUCK降压电路 负反馈 平均电流控制引言随着科技的发展，电子设备的提升，开关电源的控制方式给人们带来越来越多的方便，使得其在更多方面中得到应用。然而其中的平均电流模式具有高增益的电流放大器、能精确地跟踪电流设定值、噪声抑制能力强、无须斜坡补偿、可应用在任意电路拓扑上等诸多优点，以至其得到大多数设计者所青睐。一、设计要求及思路整理1）设计要求（1）利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建平均电流控制系统的仿真型。（2）要求对脉冲电路进行封装。（3）仿真参数为：E=100V; Ma=0.8-0.95; N=9-21; h=0.0001s，其他参数自定。（4）给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图。（5）选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。2）分析（1）先理解Buck降压电路工作原理及其的matlbe仿真。（2）分析闭环控制：首先利用传感器检测Buck电路的输出电流I0，然后通过检测的输出电流和给定电流Iref进行差值，再把这个电流差值送给PI调节器，最后把PI调节器输出的信号作为脉宽调制信号与三角载波进行调制，产生IGBT触发信号，对IBGT进行控制。最终使得输出电流动态跟踪给定电流。（3）利用matlbe与Simulink系统对其进行原理图连接以及仿真，通过仿真得到波形图（采用subplot作图）和频谱图。（4）修改参数进行再次仿真，比较仿真结果，给出结论。二、Buck电路的基本原理1）Buck电路原理开关电源主要采用负反馈控制，使输出电压或输出电流保持稳定，因此遵循控制系统的规律，降压型开关电路建模以Buck型降压电路图1 所示为例(其他降压型电路拓扑如半桥、全桥也同样适用) ,图中开关器件包括开关器件IGBT、续流二极管VD，滤波电感，滤波电容，负载电阻。图1给出了Buck电路的拓扑图。图1Buck电路拓扑图图2Buck电路工作波形图当t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升；当t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。2）输出电压uo和电流io的计算电流连续时, 负载电压平均值：（1）tonV通的时间 toffV断的时间 a-导通占空比负载电流平均值：（2）电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出现 斩波电路三种控制方式：（1）T不变，变ton 脉冲宽度调制（PWM）（2）ton不变，变T 频率调制（PM）（3）ton和T都可调，改变占空比混合型三、闭环控制根据课设要求，我们首先要确定一个Ierf值，这里我确定的Iref=5A。然后将引入的Buck电路电流I0与Iref进行差值，再把这个电流差值送到PI调节器，接着把PI调节器输出的信号作为脉宽调制信号与三角载波进行调制，产生IGBT触发信号，对IBGT进行控制。最终使得输出电流动态跟踪给定电流。下图即为我所做的闭环控制：Buck电路电流I0从In1引入，然后经过差值、调制形成一个IGBT触发信号从Out1输出，接着信号进入Buck电路对IGBT进行控制，最后使得输出电流跟踪到给定电流Iref。四、平均电流控制系统仿真1）平均电流控制系统原理图：子系统：子系统内部封装电路：2)参数设定（1） 电容、电感、电阻数值设定：（2） 三角载波周期与幅值（3） 仿真时间设定3）仿真结果：4）改变参数及其结果：（1) 改变参数（2） 仿真结果结论：改变了参数后，仿真出的波形更准确了，没有出现失真现象，但是Buck电路电流I0跟踪到给定电流的时间增长了。5) 频谱图（1） 电感电压：（2）电流I0（1） 电阻电压：（4) 电容电压：（5） IGBT电压：（6） IGBT触发信号：五、心得体会为期一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，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，和同学们相互探讨，相互学习。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中也发现了自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。由于本人的设计能力有限，在设计过程中必然会出现不足与错误，望老师见谅并批评、指正，我将虚心接受。参考文献1王兆安，刘进军.电力电子技术，机械工业出版社，2009.52刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）