buck变换器设计报告

1、zX.ft ;” 空疋dr *；«BUCK变换器设计报告电力电子装置及应用课程设计1设计指标及要求1.1设计指标?输入电压标称直流48V范围：43V53V ?输出电压：直流24V ?输出电流：直流5A ?输出电压纹波：lOOmV ?电流纹波：0.25A?开关频率：250kHz?畐值裕量：10dB1.2设计要求?计算主回路的电感和电容值 ?开关器件选用MOSFET,计算其电压和电流定额 ?设计控制器结构和参数 ?画出整个电路，给出仿真结果2 BUCK主电路各参数计算Ful«GEi¥f atari图1利用matlab搭建的BUC主电路,也就是Mosfet2在0.01s

2、时导通，使得负载电阻由9.6 Q变为4.8 D说负载由半载到满载，稳态时负载电流上升一倍，负载电压不变, 这两种状态的转换的过程的表征系统的性能指标。2.1电感值计算II,|卜当卩fn = 4吕卩时，当卩fn = 53卩时，D=0.558 ,求得L = 8则，D=0.5 ,求得L = 9邱H，D=0.453，求得L = 105恫所以，取=105卅/代入52.2电容值的计算，得C = 125hF，由于考虑实际中能量存储以及输入和负载变化，一般取C大于该值，取C = 12o"f2.3开关器件电压电流计算叫严岭亦丁厂53卩= 4 + lif. = 5.25712.4开传递函数的确定1 +

3、01(1 + 令)C + 5 伶 + Rc) fd(s) 1 .竺._5_其中R总£ = 507710故开环传递函数为G恥）=：（1 + 瓊667）S . S +188632356123系统开环性能3.1开环传递函数的阶跃响应由MATLA可以作出系统的开环函数的单位阶跃响应，如下图所示StcplAtsporweTime (seconds)由图可知，系统振荡时间较长，在5ms之后才可以达到稳定值，超调 量为66.67%,需要增加校正装置进行校正。3.2系统开环输出电压电压、电流响应由MATLAB simuli nk作出的系统的输出电压、电流响应如下图所示图2开环电压、电流响应在0.01

4、s时负载由9.60变为4.80，电压振荡后不变，电流增大一倍电流超调量达到75%由图可知电压超调量达到70%4.63(4.册25 do- ( 4 4 s- B 4 4* 4- 4 炉 E 髦 £ 8 8 E 牡图5闭环控制系统原理0 91720 91729.(11729.(1173图3电流纹波图4电压纹波电流纹波约为0.002A，电压纹波为0.01V，符合设计的要求，由于器件本身的压降损耗等因素，电压稳态值不等于24V,电流的稳态值也不等于5A。4控制系统设计4.1控制原理Q1取输出输出信号作为反馈信号，经过校正装置来控制 MOSFET导通和断开，在开关周期一定的情况下控制占空比，实

5、现闭环控制。根 据控制信号的不同，有以下两种控制方法:iiiodulatoi图6电压型控制电压控制型：电压作为反馈信号，经过校正装置与锯齿波比较来控 制开关的占空比。电流峰值控制：用通过功率开关的电流波形替代普通PW调制电路中的载波信号。4.2闭环系统结构图图8闭环系统结构图闭环增益：T = G讥i(s) X /f(s) X GJs) X Gpv畑调节器增益：G$)X GpwM反馈因子：H(£)4.3调节器类型Type 1伽0-齢-4fl(rPI调节器gnm-4卩Ga(nP hase积分器Type 2boost-90*-27t>nPID调节器?积分器：斜率-20db/dec,

6、- 9090 °的超前?PI调节器：加入一个零点，局部斜率平坦，并且可提供相位。180 °的超?PID调节器：加入两个零点，局部斜率上翘，并且可提供前相位。4.4闭环系统各参数确定采用电压型控制，取输出电压作为反馈量，选用PID调节器进行调节，并且使用 烟子法确定各参数的数值。X'.- l' fl'l'£| -4.4.1 确定相位裕量 根据设计要求，相位裕量为60B，为确保校正成功，取相位裕量为70®442 确定剪切频率由于PID调节器可以提供180度相位超前 关 250000 = 1250©o/z 取 

7、3; = lofcHz。443确定気4 md由开环传递函数可以求得当屁=10施H辺，即 =販5 丁 时,1W® = 03由于R丄=应=畑，所以3.32,可得代入传 递函数G©）xH（£）,可得 尙Ng況H（£）广£194.4.4各电路参数及GG）的确定 祝= 1157。如= 70° + 157°|90 = 137»由烟子法公式可得由公式可得进而可得K + 2=278K1% RjXG + G) 气 1 = zttT= R f % =如皿=Km码=竺=L(Or1心1 解得 K=27.754klOrad已知叫- , k=

8、27.75 , 6厂319 , /?i-2J2frD代入解得e忑1 = 口 z2 = 11927 rndWpi=Wp2 = 330990 s表达式为:G Gj% （1 十盒）（1+卷'代入得1.4232+ 9.418 X 105 + L559 x los啦沪 7.913 小唧 + 询8x1“+ 1.126x105系统闭环电路设计5.1基于MATLA的闭环系统noisyJ1hdsfetT K V61t0 Seum1j-=：DideJe 攻11-nnnrlOSJd IRpsr-L orlj丑1 T芽J-辛-iEnlGwSccf>prS ，5vtur»thriPubECi#r

9、i*ritcirScopelCwitLrWCiUSor5OtM5占LDpuSRepeat ng 3iqwtX« LgScuneCCcrrfhVht图MATLA下系统闭环电路5.1.1校正后的bode图MATLA作出的校正后的系统bode图ptfdeDfajtw :口 ”-n -£: P ;f*O04S-90-135一 2- 一 4: C三=1; 1* " 0一一 41-二：二*0*1* G 亠TH1IJ PJ_=L *j =i? * <F*4 码=*«?；iS2：；J <3- F#»蛊“乙县r< F * t-耳导J_h $ j

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13、lt;<ZpKKJ:沁D®*於计1*Freacenty lH?|W*图9校正前后bode图利用MATLAB SISOTO同L羊可以作出加入PID调节器系统的bode图Q门顿tj诃5Lntip TW|-爭陨盂営£严因匸$ 鼻打島 4: r囂辭J闍飪条筐 X刖尹鸽2 #* " H3 口屮 丿幺片 传 Hzk 4 -H - HJa- a- ? 赴小 N 5尺r 卫黒 s s t fe 咅 *£迫 w Ujljou皿 42 n3- a.' 二 hw-ipge 弔-x-wi:y 14*!* w J7 恳卩笛“总电龙M彌、£ -匚叱品山.|7

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18、ss§e_ ，亠专& *討也圧罷宜s rR图中方形点为极点，圆形点为零点，由图中可以直接读出PM=697° ,并可以求得幅值裕量为无穷大，均符合设计要求。5.1.2系统的闭闭环单位阶跃响应血斤：:Sl*pRe$porseTime seconds图11闭环传递函数的单位阶跃响应对比开环传递函数的单位阶跃响应图可知，系统响应速度加快，在0.5ms时基本达到稳态值，振荡过程大大缩短。5.1.3闭环系统输出电压、电流波形rflrr:Tr-2r-l:2.1 ；.12r;ry:-r_;rr、：rry:5®r-F-dr r r-r ： r-_u "_7 _r r r l-r r m-r：L'山1 ： ' '" I I 商* L I 沪r < I二2 r r .M ru r-o = r 02- r I- 0一。二纟u r s r C-： r g r r-.- IT r ： r r c r ?二=r r I川 I: r