电压环与电流环设计报告

控制电路设计 一 电流环的设计 电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值 使它处于 稳定状态 根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下 Vcv PI1 Vs Vd Vo 1 SL IL K1 其中 Vcv 为电压环的输出电压 即系统的参考电压 Vs 为锯齿 波的幅值 IL 为电感上的电流 K1 为采样的放大倍数 设置 PI 为 单零点 单极点补偿网络 如下图所示 R1 R2C1 因为系统的开关频率为 100KHZ 为了避免开关频率对控制环路的 影响 穿越频率 fci 必须远远小于开关频率 当然为了对系统动态 响应的速度 我们希望 fci 越大越好 在一般的开关电源中 fci 都小于开关频率的 1 10 此处我们设置为开关频率的 1 10 即 10KHZ 补偿网络的传递函数为 由系统框图可以 21 1 11 1 R C S G s RC S 得系统的开环传递函数为 式中 21 2 11 1 11 1 S R C S G SK RC SV SL Vs 5V L 15uH K1 1 100 S jw 代入上式 当 fci 10KHz 时 1 令补偿零点角频率在 fci 2 处 即 2 G S 1 21 1 w R C 5KHz 经计算得 所以 74 令 1 21 1 w R C 11 RC 6 2 7 10 21 R C 4 2 10 2 1 R R 1K 得 74K 2 7 nf 代入得开环传递函数为 1 R 2 R 1 C 经 MATLAB 画出 BODE 图如下 2 24 5000 10 S G S S 从上图可以看出 在 1 2 fci 频率处 开环传递函数的斜率由 40dB 变成 20dB 可以达到较快的动态响应 由于传递函数以 20dB 的斜率穿越 0dB 线 也可以获得足够的相位裕量 64 度 同时由 于从 0Hz 1 2 fci 之间 开环传递函数以 40dB 斜率衰减 可以获得 很高的静态增益 从而使得静态误差非常的小 根据乃奎斯特环路 稳定性判据 系统是稳定的 设计也合理 二 电压环的设计 在电压环的设计中 电流环可视为控制对象的一个环节 因此 先得求取电流控制环的闭环传递函数 由前面的电流控制环的开环 传递函数得闭环传递函数为 2 24 5000 10 S G S S 同理 MATLAB 得其 BODE 图如下 3 24 5000 105000 S G S SS 根据该闭环传递函数的 BODE 图 为了便于分析我们用传递函数 近邻代替它来处理 的 BODE 图如下所示 4 4 1 1 10 G S S 4 G S 再根据整个电路 可以得电压环控制系统的构图如下 PICA1 SC1 SC K2K2 Vref Vo 框图中 Vref 为系统给定电压 2 5V CA 电流环控制单元 K2 为输 出电压采样放大倍数 Vo 为输出电压 1 SC 为输出阻抗 PI 调节 器采用与电流环结构一样的单极点 单零点补偿网络 如下图所示 R3 R4C2 由于在fci以下 电流环增益为1 相位为0 在电压环的设计中 电 流环为单位1 为了使整个系统得到较高的中频带宽 设电压环的穿 越频率fcv 1KHz 电压环PI补偿零点角频率 1 2 fcv 设计 2 42 1 w R C 方法与电流环的设计一样 在ffci时 把整个电流环加入系统中 得整个电压环的开环传递函数为 得到BODE图如下 6 234 5001 1 12 10 1 10 S G S SS 由整个BODE图可知 系统在0 500Hz时以 40dB斜率下降 具有较高的静 态增益 从而使得静态误差非常的小 在 1 2 fcv 500Hz 频率处 开环传递函数的斜率由 40d