基于PD控制方式的5A開關電源MATLAB

1、基于PD控制方式的5A開關電源MATLAB仿真研究學院：電氣與光電工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級： 姓名： 學號： 0 緒論Buck變換器最常用的變換器，工程上常用的拓撲如正激、半橋、全橋、推挽等也屬于Buck族，其優(yōu)點有輸出電流紋波小，結構簡單，變比可調，實現降壓的功能等。然而其輸出電壓紋波較大，buck電路系統(tǒng)的抗干擾能力也不強。為了使其具抗干擾能力，輸出電流達到所需的等級，減小其電壓紋波，現設計校正網絡使其閉環(huán)，提高系統(tǒng)的能力。1 設計要求技術指標：輸入直流電壓(VIN)：10V；輸出電壓(VO)：5V；輸出電流(IN)：5A；輸出電壓紋波(Vrr)：50mV；基準電壓(Vref

2、)：1.5V；開關頻率(fs)：100kHz.設計主電路以及校正網絡，使?jié)M足以上要求。2 主電路參數計算主電路如圖1圖1 Buck電路2.1 電容參數計算輸出電壓紋波只與電容C和電容等效電阻有關 (1)通常并未直接給出，但趨于常數，約為，此處取可得： 2.2 電感參數計算由基爾霍夫電壓定律可知開關管導通關斷滿足下列方程 (2)假設： 其中L中串聯電阻可得：由matlab仿真，得圖2，可知當取時，電感電流在4.91A-4.99A之間脈動，符合的要求圖2 電感電流3 補償網絡設計原始回路增益函數采用小信號模型分析方法可得buck變換器原始回路增益函數 (1) 假設：PWM鋸齒波幅值采樣電阻；則采樣

3、網絡傳遞函數可得極點頻率零點頻率原始函數增益為：圖3 原始回路伯德圖相位裕度：40.3°穿越頻率：1.47e3+003Hz根據要求相位裕度應達到50°-55°穿越頻率提升到（即10kHz-20kHz）均不滿足，因此需提高其相位裕度，穿越頻率。 PD補償網絡設計PD補償網絡的傳遞函數通常以為超前校正網絡的傳遞函數近似代替，超前校正網絡的傳遞函數為： (2)假設：期望的相位裕度；穿越頻率為了提高系統(tǒng)穿越頻率，則需要在其幅值下降前抬高它的下降速度為-20db/s，才能提高其穿越頻率。因此令：補償網絡零點頻率 補償網絡極點頻率則：公式求得補償網絡增益：可得：圖4 校正網絡

4、伯德圖(PD)在不忽略電容等效電阻的情況下，系統(tǒng)低頻段多出一個零點，抑制了相位裕度的范圍，只使用單一的PD調節(jié)難以做到既滿足相位裕度，又滿足幅值穿越頻率。因此這里暫時忽略電容等效電阻帶來的影響。整個系統(tǒng)的傳遞函數如下：圖5 整個系統(tǒng)伯德圖（PD）PD相位裕度：54.7°穿越頻率：1.73e4+04Hz因此可知，經過校正，系統(tǒng)滿足了要求指標圖6 總系統(tǒng)圖(負載擾動）動)圖7 總系統(tǒng)圖(電源擾動）圖8 系統(tǒng)仿真圖（PD）采用脈沖控制理想開關的通斷，觀察系統(tǒng)突加突卸能力（負載擾動）：圖9 突加突卸能力（PD）由于忽略了電容等效電阻，使得輸出電壓紋波極小，小于50mv，滿足要求。系統(tǒng)在突加突

5、卸80%負載的時候效果并不很好。觀察系統(tǒng)電源突加突卸能力（電源擾動）：圖10 電源擾動（PD）4 小結通過已學的知識，如自動控制原理，電力電子技術等，并且結合了開關電源技術所學知識，才完成了這次的大論文。完成了這次研究論文我對BUCK電路有了更為深刻的認識，對MATALAB也有了一定的了解，可以通過它來精確繪制傳遞函數的伯德圖。我深刻的認識到要真正掌握知識就要學會如何熟練地運用它。平時上課，我們不能只注重課本上的知識的吸收，更要運用于實際，學好本專業(yè)，也有利于我們將來的工作。僅僅靠學習書上的知識是遠遠不夠的，解決實際的問題，是需要真正理解知識，聯系相關學科，找出他們的關系，而不是將各個學科孤立起來。在考慮問題時候，既然認真計算每個細節(jié)，又要考慮整體的可行性，如主電路中電感的取值等等，會間接影響到最后系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如何正確的確定每個參數，是能否達到最優(yōu)設計的關鍵。除此之外，此次大論文還提高了我查閱資料的能力，有些知識并不能在現有書本上找到，需要自己去借閱圖書，上網查找其他的學術文章作為參考。這次的課程設計也為以后打下了一個良好的基礎，我從中受益匪淺。參考文獻1許澤剛，李俊生，郭建江.基于電力電子的虛擬綜合實驗設計與實踐J.電氣電子教學學報.20082胡壽松.自動控制原理M.5版.科學出版社.20083王