课程设计（论文）-基于PD控制方式的9A开关电源MATLAB仿真研究.doc

基于PD控制方式的9A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：0 绪论Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。然而其输出电压纹波较大，buck电路系统的抗干扰能力也不强。为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。1 设计要求技术指标：输入直流电压(VIN)：10V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：9A；输出电压纹波(Vrr)：50mV；基准电压(Vref)：1.5V；开关频率(fs)：100kHz.设计主电路以及校正网络，使满足以上要求。2 主电路参数计算主电路如图1图1 Buck电路2.1 电容参数计算输出电压纹波只与电容C和电容等效电阻有关通常并未直接给出，但趋于常数，约为，此处取可得： 取 取2.2 电感参数计算由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程假设： 其中L中串联电阻可得：由matlab仿真，得图2，可知当取时，电感电流在8A-9.8A之间脉动，符合的要求图2 电感电流3 补偿网络设计3.1 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假设：PWM锯齿波幅值采样电阻；则采样网络传递函数可得极点频率零点频率原始函数增益为：根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图3所示，MATLAB的程序如下：num=1.5e-4 2;den=4.59e-8 3.06e-5 1;g=tf(num,den);margin(g);图3 原始回路伯德图相位裕度：40.1穿越频率：1.36e3Hz根据要求相位裕度应达到50-55穿越频率提升到（即10kHz-20kHz）均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。3.2 PD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： 假设：期望的相位裕度；穿越频率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：补偿网络零点频率 补偿网络极点频率则：公式求得补偿网络增益：可得：matlab程序如下：num=173.1e-5 60;den=3.902e-6 1;g=tf(num,den);margin(g);图4 校正网络伯德图(PD) 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： malab程序如下：Go=tf(2,4.59e-8 3.06e-5 1)num=173.1e-5 60;den=3.902e-6 1;Gc=tf(num,den)G=series(Go,Gc)margin(Go);hold on;margin(Gc);hold on;margin(G);hold on;grid on;图5 整个系统伯德图（PD）PD相位裕度：49.7穿越频率：1.26e4Hz因此可知，经过校正，系统满足了要求指标图6 总系统图(负载扰动）动)图7 总系统图(电源扰动）图8 系统仿真图（PD）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）：图9 突加突卸能力（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0.2V的波动，恢复时间约为200s观察系统电源突加突卸能力（电源扰动）：图10 电源扰动（PD）4 小结想要很好的完成这个课程设计需要用到很多方面的知识，通过已学的知识，如自动控制原理，电力电子技术等，还有一些软件的运用需要自己去学习摸索，并且结合了开关电源技术所学知识，才完成了这次的课程设计。 通过这次课程设计我更加深刻的体会到，仅仅靠学习书上的知识是远远不够的，解决实际的问题，是需要真正理解知识，联系相关学科，找出他们的关系，而不是将各个学科孤立起来。在考虑问题时候，既然认真计算每个细节，又要考虑整体的可行性，如主电路中电感的取值等等，会间接影响到最后系统的稳定性。还有在计算的过程中不能有任何的错误，不然无论是验证结果还是波形图都会千差万别，终于知道了什么叫一个符号都会改变结果。如何正确的确定每个参数，是能否达到最优设计的关键。 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，还有在学习过程中需要和别人去交流，在交流中慢慢摸索前进，学习一些软件的使用方法。这次的课程设计也为之后的毕业设计打下了一定的基础，无论是软件的应用还是知识点的学习都非常有用，我从中学到了很多。 参考文献1许泽刚，李俊生，郭建江.基于电力电子的虚拟综合实验设计与实践J.电气电子教学学报.20082胡寿松.自动控制原理