buck變換器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、BUCK變換器設(shè)計(jì)報(bào)告電力電子裝置及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)?輸入電壓標(biāo)稱直流48V范圍：43V-53V?輸出電壓：直流24V?輸出電流：直流5A?輸出電壓紋波：100mV?電流紋波：0.25A?開關(guān)頻率：250kHz?相位裕量：60?幅值裕量：10dB1.2設(shè)計(jì)要求?計(jì)算主回路的電感和電容值?開關(guān)器件選用MOSFET,計(jì)算其電壓和電流定額?設(shè)計(jì)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)?畫出整個(gè)電路，給出仿真結(jié)果2BUCK主電路各參數(shù)計(jì)算圖1利用matlab搭建的BUC旋電路Mosfet2在0.01s時(shí)導(dǎo)通，使得負(fù)載電阻由9.6疫為4.8Q,也就是說(shuō)負(fù)載由半載到滿載，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流上升一倍，負(fù)載電壓

2、不變，這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換的過(guò)程的表征系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2.1電感值計(jì)算當(dāng)？務(wù)?=43?寸，?=24?D=0.558,求得?=85?當(dāng)？?48?寸，?=24?D=0.5,求得？?=96?當(dāng)？務(wù)?=53?寸，?=24?D=0.453，求得？?=105?所以，??？?=105?2.2電容值的計(jì)算iVo=lOomV代入，得？?=1.25?由于考慮實(shí)際中能最存儲(chǔ)以及輸入和負(fù)載變化，一般取C大于該值，??？?=120?2.3開關(guān)器件電壓電流計(jì)算?=?-?53?2.4開傳遞函數(shù)的確定1+?(?=不99?1+?1+?+?+?)一?務(wù)?1+袍?(?)?=稀?)?1+?+?/(?其中？?？50?Q?2。=?/?66667

3、?/?0.05120/106?二=Sc酒,?105、,120m+W幣x仲6(1+警=8863?/?V?=:?+?520X105x10-6105X10-6/4.8+0.05x120X10-6=4.018故開環(huán)傳遞函數(shù)為,一?、?=;(1+886+35612+13系統(tǒng)開環(huán)性能3.1開環(huán)傳遞函數(shù)的階躍響應(yīng)由MATLAB以作出系統(tǒng)的開環(huán)函數(shù)的單位階躍響應(yīng)，如下圖所示由圖可知，系統(tǒng)振蕩時(shí)間較長(zhǎng)，在5m$s后才可以達(dá)到穩(wěn)定值，超調(diào)量為66.67%,需要增加校正裝置進(jìn)行校正。3.2系統(tǒng)開環(huán)輸出電壓電壓、電流響應(yīng)由MATLABsimulink作出的系統(tǒng)的輸出電壓、電流響應(yīng)如下圖所示圖2開環(huán)電壓、電流響應(yīng)在0.

4、01s時(shí)負(fù)載由9.6為4.8Q,電壓振蕩后不變，電流增大一倍由圖可知電壓超調(diào)量達(dá)到70%電流超調(diào)量達(dá)到75%圖3負(fù)載變化時(shí)電流響應(yīng)圖4負(fù)載變化時(shí)點(diǎn)響應(yīng)圖3電流紋波圖4電壓紋波電流紋波約為0.002A，電壓紋波為0.01V,符合設(shè)計(jì)的要求，由于器件本身的壓降損耗等因素，電壓穩(wěn)態(tài)值不等于24V,電流的穩(wěn)態(tài)值也不等于5A。4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖5閉環(huán)控制系統(tǒng)原理取輸出輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)校正裝置來(lái)控制MOSFST導(dǎo)通和斷開，在開關(guān)周期一定的情況下控制占空比，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。根據(jù)控制信號(hào)的不同，有以下兩種控制方法：圖6電壓型控制電壓控制型：電壓作為反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)校正裝置與鋸齒波比較來(lái)控制開關(guān)的占空比。圖

5、7電流型控制電流峰值控制：用通過(guò)功率開關(guān)的電流波形替代普通PWM制電路中的載波信號(hào)。4.2閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖8閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)增益:?=?柘?)X?(?X?)x?調(diào)節(jié)器增益：？?(?)X?反饋因子：？?(?)4.3調(diào)節(jié)器類型積分器PI調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器?積分器：斜率-20db/dec,-90.?PI調(diào)節(jié)器：加入一個(gè)零點(diǎn)，局部斜率平坦，并且可提供90的超前相位。?PID調(diào)節(jié)器：加入兩個(gè)零點(diǎn)，局部斜率上翹，并且可提供180的超前相位。4.4閉環(huán)系統(tǒng)各參數(shù)確定采用電壓型控制，取輸出電壓作為反饋量，選用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且使用K0子法確定各參數(shù)的數(shù)值。4.4.1 確定相位裕量根據(jù)設(shè)計(jì)要求，相位裕

6、量為60,為確保校正成功，取相位裕量為70確定剪切頻率由于PID調(diào)節(jié)器可以提供180度相位超前?250000?125000?4.4.2 2取幼=10?Hz確定?由開環(huán)傳遞函數(shù)可以求得當(dāng)？?=10?HZ即？?=2?x104?/?時(shí)，由于Ri=2.32WiflflS=ltQ,所以？=*=0.3，可得代入傳遞函數(shù)？?(?)？?(?)可得?=小=3.19|?X?4.4.4各電路參數(shù)及？?(?)勺確定?=-157?=70+157-90=137由K0子法公式可得由公式tan(?=tan?可得進(jìn)而可得1?+一=?27.8解得K=27.751?-?27.71+?1?=?(?+?)1?初=2?/涔勒1?*2=2

7、?V涔?一?-?+?f=羹、?1V?(?+?)?前”?1V?已知？?=2?X104?/?=27.75,?=3.19,?=2.32?Q代入解得?初=?*2=11927?/?初=?2=330990?/?4?表達(dá)式為:代入得7.913x106?+1.888x1011?+1.126x10151.423?+9.418X105?+1.559X1011?5系統(tǒng)閉環(huán)電路設(shè)計(jì)5.1基于MATLAB閉環(huán)系統(tǒng)圖MATLAB*系統(tǒng)閉環(huán)電路5.1.1校正后的bode圖MATLAB出的校正后的系統(tǒng)bode圖圖9校正前后bode圖利用MATLABSISOTOOL羊可以作出加入PID調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的bode圖圖10MATLABSISOTOOL的bode圖圖中方形點(diǎn)為極點(diǎn)，圓形點(diǎn)為零點(diǎn)，由圖中可以直接讀出P.M=69.7。，并可以求得幅值裕量為無(wú)窮大，均符合設(shè)計(jì)要求。5.1.2系統(tǒng)的閉閉環(huán)單位階躍響應(yīng)圖11閉環(huán)傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)對(duì)比開環(huán)傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)圖可知，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，在0.5ms時(shí)基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，振蕩過(guò)程大大縮短。5.1.3閉環(huán)系統(tǒng)輸出電壓、電流波形圖12電壓響應(yīng)波形圖13電流響應(yīng)波形圖14負(fù)載變化電流響應(yīng)圖15負(fù)載變化電壓響應(yīng)電壓電流紋波狀況如下圖所示圖16電流紋波圖電壓