BUCK变换器设计精编版

1、最新资料推荐1BUCJ 变换器设计报告一、BUCK变换器原理降压变换器(Buck Converter)就是将直流输入电压变换成 相对低的平均直流输出电压。 它的特点是输出电压比输入的电压 低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。二、BUCI主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器的设计方法利用MATLAB PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标 选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系 统的设计，RInHTU t/十=最新资料推荐2比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建

2、。2、主电路的设计指标输入电压：标称直流48V,范围4353V输出电压：直流24V，5A输出电压纹波：100mV电流纹波：0.25A开关频率：250kHz相位裕量：60幅值裕量：10dB3、BUCK主电路主电路的相关参数：开关周期：TS=1=4X10-6Sfs占空比：当输入电压为43V时，Dmax=0.55814最新资料推荐3当输入电压为53V时，Dmin=0.45283最新资料推荐4输出电压：V=24V输出电流l=5A纹波电流：AiL=0.25A纹波电压：AVL=100mV电感量计算：由AiL=Vin-max-voDTS得：2LL=Vin-max-VoDminTs=524X0.45 28X4

3、X10-6=1.O5X10-4H2AiL2x0.25电容量计算：由AVL=乂Ts得：8CC=AiLTs=0.25X4X10-6=1.25X10-6F8AVL8 7.1而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C的取值一般要大于该计算值，故取值为120uF。实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些 种类电容的ESR甚至高达数欧。ESR的高低与电容的容量、电 压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电 容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取

4、RESR=50m Qo4、主电路的开环传递函数_ (SRESRC + 1)Vin1S2LC(1RESR) s(- RESRC)Gvd(S)Vo(s)d(s)R /( RESRsC)1sL R/( RESR)sCVinGvd最新资料推荐5R R最新资料推荐6Gvd( s )Vin1z =-CRESR1 .0 =-RESR、卜(-R-)Q o =/ LRESR)R C取RESF=50mQ,R=4.8Q,C=120y F,L=105yH,%= 48V,可得传递函数为：Gvd(S)二2.88 104s 481.27313 108s22.7875 105s 1在MATLAB中根据开环传递函数画出Bode

5、图: clear num0=2.88e-4,48; den 1=1.27313e-8,2.7875e-5,1; bode( num 0,de n1) kg,gm,wkg,wgm=margi n(num 0,den1) grid最新资料推荐7相角裕量23.0483,显然不符合设计要求，考虑对其增添闭环控 制回路进行校正。5、主电路的PSIM仿真电路如下：Infgn =23,0483vkg -NaWvju =6.4Lf4e-H3-iMOSFEr电流I1波形如下:最新资料推荐8电压V1波形如下:0吨5 腔三、BUCK变换器控制框图最新资料推荐9BUCK变换器的控制器主要有电压型控制和电流型控制，其各

6、自电路图如下所示1电压型：pulse-width liiodulntor2电流型:QiR.rAnGate drive厶A最新资料推荐10Q1I33仏占Gate入drive f电压型控制原理是将开环电路的输出电压进行米样，米样信号H(s)与基准电压VREF输送到误差放大器，G(s)设计的 有源串联校正PID环节。其输出经过补偿在经过PWM，调制后 的信号控制开关Q的通断，以此来控制输出电压的稳定，达到 闭环控制的目的；电流型控制用通过功率开关的电流波形替代普 通PWM的载波信号，每个开关周期之初，由时钟脉冲置位RS触发器，于是Q1导通，之后iL逐渐增加，当iL大于调制信号时， 比较器翻转并复位R

7、S触发器，Q1关断。综合考虑难易程度和 功能特性，本设计采用电压型控制电路。采用电压型控制电路的BUCK转换器原理框图如下所示：AJ5TJ亠一1D最新资料推荐11积分鑑-20db/dec, -90 .GVd(s)为开环增益，Gc( s)XGWM为调节器，H为反馈因子。则该框图的闭环增益为：T = Gvd(s) H( s)Gc(s) GPWM三、K-因子法设计控制器调节器类型有三种:GaiinType 2Type 3PI调节器：加入一芋零点. 局稱钢辛平坦.并冃可提供9tr的翅肃相位*PIDiM节器*加入两个点*局部斛瘴上并且町提供180-的超曲相僮.最新资料推荐12PID调节器性能最佳。搭建好

8、闭环电路，确定串联PID校正环节，确定新的开环剪切频率和相位裕量，确定控制回路中各个电阻电容的取值，这一工作可采用K-因子法完成，K-因子法设计步骤是：确定新的剪切频率;确定校正前处的相角和校正后的相位裕量，计算需要的相位超前量。计算公式为b二c一c -903基于确定K值，PID调节器公式为:b= 2（ tan VK - tan ）JKKtan（二444基于K-因子确定补偿器的零点、极点位置，并计算调节 器参数。公式为:最新资料推荐13GbR1（C2c3）fp1二 K fc2 R2C12C1（R1R2）fp2二XK fc=2RCC2C3fZ2 =2R3C3最新资料推荐145校正环节传递函数如下

9、为:Gc(s)ssGb c(12f；)(1)ss(1E1曲取fc= 15.5kHz厂163K= 23113计算得R1二5500R2二248.71961R3二273935964C仃8.5873nFC2= 8.1493 102nFC3 = 1.8021nF校正环节传递函数为Gc(s)二2231063.86(12025704)223.1138s 1 s)2(468217.07)四、MATLABSISOTOOL利用以上求得的数据，用MATLAB勺SISOTOOIX具箱可以画出加入补偿器后的传递函数BODE图如下幅值裕量、相角裕量均满足设计要求最新资料推荐15五、PSIM仿真结果1带有PID调节器的PSIM电路如下所示:Am丽甲血lirCbW Lw啊卄lllM LiXifaEdrliMibL砂 似升4- 4 4. -llgp.-寻匚匸吕厘前&135no0*|山啣盼I曰垃0 Ot#njb6p1HX1：11l,:II)最新资料推荐162、将R1 R