1、DC/DC變換器控制策略設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2三、開(kāi)環(huán)Buck電路設(shè)計(jì)與仿真分析33.1.開(kāi)環(huán)Buck主電路圖設(shè)計(jì)33.2.參數(shù)計(jì)算與選擇33.3.開(kāi)環(huán)BUCK電路模型建立33.4.開(kāi)環(huán)Buck電路仿真及結(jié)果分析33.5.開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)5四、閉環(huán)Buck電路設(shè)計(jì)與仿真分析74.1.反饋回路設(shè)計(jì)74.2.補(bǔ)償環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)74.3.BUCK變換器閉環(huán)仿真8五、附錄10I一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腄C/DC變換器可將不可控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵?，廣泛應(yīng)用于可調(diào)直流開(kāi)關(guān)電源及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)中。Buck變換器是DC/DC變換器中最具代表性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一。在工程實(shí)際中，Buck變換器的控制方

2、式可以開(kāi)環(huán)和閉環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中閉環(huán)控制方式又可分為PI校正，PID控制，fuzzy控制等方式。本文首先會(huì)建立Buck變換器的模型，然后會(huì)分別進(jìn)行開(kāi)環(huán)、PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上進(jìn)行仿真。10二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、輸入電壓(Ui)：28V2、輸出電壓(Uo)：15V（1%穩(wěn)定度）3、額定電流(Io)：5A4、開(kāi)關(guān)頻率(f)：60kHz5、相位裕度()：60°三、 開(kāi)環(huán)Buck電路設(shè)計(jì)與仿真分析1.2.3.3.1. 開(kāi)環(huán)Buck主電路圖設(shè)計(jì)依據(jù)經(jīng)典Buck電路圖，設(shè)計(jì)的電路圖如下所示：圖3.1 開(kāi)環(huán)Buck電路3.2. 參數(shù)計(jì)算與選擇依據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)Buck電

3、路中未知參數(shù)進(jìn)行選定。（1）占空比??； （2）濾波電感L取50H；（3）濾波電容C取500F。3.3. 開(kāi)環(huán)BUCK電路模型建立在simulink中搭建Buck電路的仿真模型，使用開(kāi)關(guān)器件是MOSFET，如圖3.2所示。圖3.2 開(kāi)環(huán)Buck電路仿真模型3.4. 開(kāi)環(huán)Buck電路仿真及結(jié)果分析對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真，得出電壓波形和負(fù)載電流波形圖。圖3.3 電壓波形圖3.4 負(fù)載電流波形由仿真結(jié)果可以看出，電路輸出電壓為14.4V，電流輸出為4.8A，顯然不滿足設(shè)計(jì)要求。在對(duì)濾波電感、電容進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電感、電容與電路性能的規(guī)律：電感越小，超調(diào)越大，越穩(wěn)定；電容越小，超調(diào)越小，紋波越大。因此，

4、需要在穩(wěn)定度，超調(diào)量，紋波電壓之間進(jìn)行折衷，對(duì)電感、電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此需要對(duì)電路進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)采用PID控制校正方式。3.5. 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)利用小信號(hào)模型，對(duì)Buck電路進(jìn)行建模，得到其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 （3.1）其中，RC為濾波電容的ESR，Buck電路的紋波電壓，主要是由電容的寄生電阻ESR和電容容量決定，所以要想對(duì)電路紋波進(jìn)行比較精確地控制必須考慮寄生電阻的影響，而對(duì)于一般的電容，其C與寄生電阻Rc的乘積趨于常數(shù)，約為5080F。本例中取為50F。所以Rc=0.1代入數(shù)據(jù)得 （3.2）原始回路增益G0為： （3.3）代入數(shù)據(jù)得 （3.4）使用以下代碼畫(huà)出開(kāi)環(huán)狀態(tài)下的Bode圖：num

5、=1.05e-4 2.1;den=2.5e-8 1.667e-5 1;H=tf(num,den);margin(H);grid;相角裕度只有34.9度，相角裕度過(guò)低，不滿足設(shè)計(jì)要求?？刹扇∮性闯皽笮Ｕ?。四、 閉環(huán)Buck電路設(shè)計(jì)與仿真分析4.4.1. 反饋回路設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路基本原理如圖4.1所示.圖4.1 有源超前-滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)反饋回路即H(s)取0.3，即為0.3。取Ry為3K歐姆，Rx為7K歐姆，Ry一端接地。4.2. 補(bǔ)償環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)根據(jù)已知條件使用MATLAB程序（見(jiàn)附錄）算得一下各參數(shù)值，并在滿足相位裕度為60度的條件下對(duì)其進(jìn)行微調(diào)。補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)是： （4.1）帶入數(shù)據(jù)計(jì)算

6、得 （4.2）BUCK變換器閉環(huán)傳遞函數(shù)： （4.3） （4.4）根據(jù)已知條件使用MATLAB并微調(diào)算得校正器各元件的值如下： 使用以下代碼畫(huà)出開(kāi)環(huán)狀態(tài)下的Bode圖：num=1.061e-11 2.789e-7 1.44e-3 2.1;den=1.113e-18 3.575e-13 1.399e-9 1.501e-5 4.468e-2 0;H=tf(num,den);margin(H);grid;圖4.2 Bode圖4.3. BUCK變換器閉環(huán)仿真電路原理圖為：圖4.3 Buck變換器閉環(huán)仿真電路原理圖閉環(huán)仿真結(jié)果：圖4.4 Buck變換器閉環(huán)仿真結(jié)果五、 附錄補(bǔ)償電路環(huán)節(jié)參數(shù)選取程序：cl

7、c;clear;Vg=28;L=5*10-5;C=5*10-4;fs=50*103;R=3;Vm=4;H=0.3;Rc=0.1;G0=tf(C*Rc*Vg*H/Vm Vg*H/Vm,L*C L/R 1)figure(1)margin(G0);fp1=1/(2*pi*sqrt(L*C);fg=(1/5)*fs;fz1=(1/2)*fp1;fz2=(1/2)*fp1;fp2=fs;fp3=fs;marg_G0,phase_G0=bode(G0,fg*2*pi);marg_G=1/marg_G0;AV1=fz2/fg*marg_G;AV2=fz2/fg*marg_G;R2=103;R3=R2/AV2;C1=1/(2*pi*fz1*R2);C3=1/(2*pi*fp2*R3);C2=1/(2*pi*fp3*R2);R1=1/(2*pi*C3*fz1);num=conv(C1*R2 1,(R1+R3)*C3 1);den1=conv(C1+C2)*R