课程设计（论文）-基于pd控制方式的2a开关电源的multisim仿真

1CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY基于PD控制方式的2A开关电源的MULTISIM仿真学院电气与光电工程学院专业电气工程及其自动化姓名班级学号2目录一绪论3二实验目的3三实验要求3四主电路功率的设计341BUCK电路图342用MULTISIM软件参数扫描法计算4五补偿网络设计651原始系统的设计652补偿网络的设计控制方式为PD7六负载突加突卸1161满载运行1162突加突卸80负载14七心得体会15附参考文献163一绪论随着电子技术的不断发展对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。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。本文将通过MULTISIM用实例来研究PD控制器的调节作用。二实验目的1了解BUCK变换器基本结构及工作原理；2掌握电路器件选择和参数的计算；3学会使用MULTISIM仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真；4学会使用MULTISIM仿真软件对控制环节的仿真技术；5学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度三实验要求输入直流电压10V；INV输出电压5V；O输出电流2A；NI输出电压纹波50MV；RV基准电压15V；REF开关频率100KHZ；S4四主电路功率的设计41BUCK电路图BUCK电路411BUCK电路图4111250MIVIRNRLRC的乘积趋于常数5080F，我使用625F，由式1可得CRC125M，C500F开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如下式所示ONLLOINTIVFLDLISONFFT1设二极管的通态压降05V，电感中的电阻压降01V，开关管导通压DVLV降05V。经计算得L616H。ONV负载电阻计算52AVIRNOL42用MULTISIM软件参数扫描法计算当L516UH，L616UH,L716UH时，输出电压的纹波如图421和4225所示。图421图422当L516UH，L616H,L716UH时，输出电流的纹波如图423和424所示。6图423图424五补偿网络设计51原始系统的设计采用小信号模型分析方法得BUCK变换器原始回路增益函数GOS为LCSRVSHSGINMO21假设PWM锯齿波幅值15V，3K，13K，由此可得采样网络VXY传递函数03，原始回路直流增益3。SHSAO730XYRSHXYSH采样网络的传递函数为216600515201351SSGS2854346品质因数17602LCRQ0双重极点频率90733HZPOF1432LC根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图511所示，MATLAB的程序如下NUM100001252DEN1000000003080000024641FIGURE1MAG,PHASE,WBODENUM1,DEN1MARGINMAG,PHASE,W8图511如图所得，该系统相位裕度395度，穿越频率为167E003HZ,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度。使其快速性和稳定性增加52补偿网络的设计控制方式为PD补偿电路如图5219图521PD补偿网络其传递函数为，（5）PZCSGS10PC,（6）0210RC131321/RZ步骤2确定补偿网络的参数。为了提高穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率穿越频率必须小于开关频率的一半，系统才会稳定，一般情况下可以取穿越频率小于开关频率的1/5。5SCF设相位裕度取15KHZ。PD补偿网络的零、极点频率计算公式为52MCF（7）KHZFFMCPMCZ56432SIN120SIN11ISIS由式（6）可得8FPZ723PD补偿网络直流增益为（9）745631390712020KFAFGPZPCC由式（7）、（8），可得PD补偿网络的传递函数GCS为（10）SSSC63310742510468275绘制PI传递函数伯德图，程序如下NUM13E35574DEN274E6,110GTFNUM,DENMARGING根据上面计算，可绘出PD补偿网络传递函数GCS的波特图如图6所示，整个系统的传递函数为（11）SSSSGSC6285440107103104625通过MATLAB绘制系统伯德图，程序如下NUM2DEN000000003080000024641G0TFNUM,DENBODEG0MARGING0HOLDONNUM13E35574DEN274E6,111GTFNUM,DENMARGINGHOLDONNUM2DEN000000003080000024641FTFNUM,DENNUM113E35574DEN1274E6,1GTFNUM1,DEN1NUM2CONVNUM,NUM1DEN2CONVDEN,DEN1MARGINNUM2,DEN2总系统伯德图如下图15010050050100MAGNITUDEDB10210310410510618090090PHASEDEGBODEDIAGRAMGMINFDBATINFHZ,PM513DEGAT145E004HZFREQUENCYHZ偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿偿由图可得系统的相位裕度为513度，穿越频率为145KHZ，系统的的快速性和稳定性都得到改善。步骤3补偿网络电路中的参数计算由式（6）的三个计算公式可得12KCRR423/174523021设R1R230K，由上式可得R0108K，R31996K，C11375NF（注在实际电路中，取R0555K，R32K，C12NF）由于，有20100的负载扰动87502/1240NNNRAVI六负载突加突卸61满载运行电路图如图611所示图611输出电压纹波电路图如图612和613所示加入补偿网络后，输出电压稳定在5V左右。总电路图设计采用MULTISIM软件。13图612图613输出电流纹波如图614和615所示输出电流稳定在2A左右。14图614图61562突加突卸80负载电路图如图621所示图621突加突卸如图622和623所示15图622图623七心得体会本文以BUCK变换器为研究对象，学习了PD补偿网络在恒压原单环控制中的应用特点，关注了稳态误差、瞬态响应和高频干扰抑制能力。通过理论的研究和公式推导设计出了PD控制小信号模型和传递函数，并且设计出了具体的电路的参数，以及对设计的电路进行了仿真。通过这次设计主要取得了如下成果掌握了一定的电力电子建模知识、开关变换器的建模知识；对PD控制在BUCK变换器的应用上有了较好的认识；熟练运用MULTISIM，MATLAB等仿真软件；对开关电源的用途、现状与发展有了新的体会。16参考文献1张建生主编现代仪器电源M北京科学出版社20051262张占松，张心益主编开关电源技术教程M