BUCK變換器de控制技術(shù)的研究.

1、BUCK變換器的控制技術(shù)的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解開環(huán)、電壓?jiǎn)伍]環(huán)和電壓電流雙閉環(huán)控制策略的原理，完成系統(tǒng)閉環(huán)控 制調(diào)試；2、建立變換器的模型，通過仿真和實(shí)驗(yàn)掌握電壓和電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)方 法;3、驗(yàn)證BUCK變換器的輸入輸出波形特性，PWM波形，及輸入輸出數(shù)量關(guān)系， 加深對(duì)BUCK變換器連續(xù)和斷續(xù)工作模態(tài)下的工作原理及特性的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉SG3525的原理及使用方法，理解PWM波產(chǎn)生過程；研究BUCK變換 器開環(huán)、電壓閉環(huán)、電壓電流雙閉環(huán)狀態(tài)下電路各器件，包括功率管、二極管、 電感電壓電流工作情況，輸入輸出電量關(guān)系，控制電路參數(shù)對(duì)變換器的性能的影 響。觀察電壓紋波，觀察不同電感、頻

2、率和負(fù)載對(duì)電流連續(xù)點(diǎn)的影響。理解BUCK 變換器閉環(huán)控制過程，掌握閉環(huán)性能指標(biāo)。變換器的基本要求如下：輸入電壓：2030V輸出電壓：15V （輸出電壓閉環(huán)控制時(shí)）輸出負(fù)載電流：0.11A工作頻率：50kHz輸出紋波電壓： 100rV三、實(shí)驗(yàn)儀器序號(hào)儀器設(shè)備名稱數(shù)量1BUCK變換器主電路實(shí)驗(yàn)掛箱12BUCK變換器控制電路實(shí)驗(yàn)掛箱13線性穩(wěn)壓電源14示波器15數(shù)字萬用表16電壓表27電流表28負(fù)載1四、實(shí)驗(yàn)原理1） BUCK主電路原理圖（圖1）* 1 -i1 V V 5 DC =R圖1. BUCK主電路原理圖2）控制電路SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（）圖2. SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、將

3、BUCK變換器掛箱的所有開關(guān)關(guān)閉后再接線。2、控制電路接20V直流電壓，調(diào)節(jié)電位器 RW1,用示波器觀察并記錄占空比 為某一定值時(shí)SG3525各管腳波形及驅(qū)動(dòng)電路輸出波形。 注意觀察SG3525的9 腳、5腳波形和輸出波形之間的關(guān)系，理解 SG3525芯片PWM波產(chǎn)生過程。調(diào) 節(jié)RW2觀測(cè)PWM波頻率的變化，通過測(cè)得的 PWM波計(jì)算PWM波頻率。3、控制電路接20V直流電壓，主電路接6-30V可調(diào)直流電壓，可控制開關(guān) S4 打在開環(huán)狀態(tài)。 當(dāng)將開關(guān)打在單環(huán)時(shí)， 電路工作在單電壓環(huán)控制模式下， 打在雙 環(huán)時(shí)，電路工作在電壓電流雙環(huán)控制模式下。分別觀察三種控制模式下 SG3525 各管腳波形及驅(qū)動(dòng)

4、電路輸出波形。（一）. 開環(huán)狀態(tài)（1） . 電感電流連續(xù)情況：打開主電路電源，使主電路工作電壓為 25V ，觀察電感支路的電流波形，調(diào) 節(jié)負(fù)載，使電感工作在電流連續(xù)情況下。 用示波器觀察并記錄占空比為某一定值 時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管漏源極與柵級(jí)間電壓波形及它們之間的關(guān)系， 理解場(chǎng)效應(yīng)管的工作原 理。觀察并記錄電感支路、 場(chǎng)效應(yīng)管支路、 二極管支路的電流波形， 觀測(cè)電感兩 端、二極管兩端、負(fù)載兩端的電壓波形，理解變換器工作原理。觀測(cè)主電路輸出電壓隨占空比D的變化情況，畫出曲線，理解主電路的工作 原理。用示波器交流檔觀察輸出電壓紋波/ Upp。 觀測(cè)變換器的外特性（2）. 電感電流斷續(xù)情況：改變負(fù)載，使電感電

5、流斷續(xù)， 觀測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管漏源極波形情況， 觀測(cè)電感支路、 場(chǎng)效應(yīng)管支路、二極管支路的電流波形，觀測(cè)電感兩端、二極管兩端、負(fù)載兩端 的電壓波形，理解工作過程。觀測(cè)主電路輸出電壓隨占空比 D 的變化情況，理解主電路的工作原理。（3）. 重新選擇主電路電感觀測(cè)波形：把L1、L2同時(shí)串入主電路中觀測(cè)電感電流連續(xù)點(diǎn)變化情況。（4）. 觀察二極管波形的吸收電路對(duì)二極管波形的影響。把二極管波形的吸收電路和二極管連在一起， 觀察二極管兩端波形尖峰情況 的變化。（5）. 變頻觀察電感電流連續(xù)點(diǎn)變化情況。調(diào)節(jié)RW1使頻率f=50KHz，調(diào)節(jié)負(fù)載，使電感電流波形處于臨界連續(xù)狀態(tài)， 調(diào)節(jié)頻率， 當(dāng)電感電流波形由臨界連續(xù)

6、變?yōu)閿嗬m(xù)時(shí)記錄此時(shí)頻率值， 思考頻率變 化對(duì)電感電流連續(xù)點(diǎn)的影響。（二） 閉環(huán)狀態(tài)（1）.單電壓環(huán)控制模式打到閉環(huán)單環(huán)控制狀態(tài)。調(diào)節(jié)電位器 RW1，使主電路輸出電壓達(dá)到15V。調(diào)節(jié)主電路輸入電壓由20V變到30V,觀測(cè)占空比的變化及輸出電壓變化值。以此觀察輸出電壓的穩(wěn)定性，理解閉環(huán)控制原理。將輸入電壓重新調(diào)到25V （輸出仍為15V），改變負(fù)載阻值，觀察并記錄輸 出電流與電壓的變化關(guān)系。改變PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，突加突卸負(fù)載，觀察輸出電壓波形動(dòng)態(tài)變化過程。（2）.電壓電流雙環(huán)控制模式打到雙閉環(huán)控制狀態(tài)。調(diào)節(jié)電位器 RW1，使主電路輸出電壓達(dá)到15V。調(diào)節(jié) 主電路輸入電壓由20V變到30V，觀測(cè)占空比

7、的變化及輸出電壓變化值。以此觀 察輸出電壓的穩(wěn)定性，理解閉環(huán)控制原理。將輸入電壓重新調(diào)到25V （輸出仍為15V），改變負(fù)載阻值，觀察并記錄輸 出電流與電壓的變化關(guān)系。改變PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，突加突卸負(fù)載，觀察輸出電壓波形動(dòng)態(tài)變化過程。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主電路輸出電壓隨占空比D的變化情況實(shí)驗(yàn)條件電感電流連續(xù)，開關(guān)頻率20kHz，輸入電壓25V。占空比D0.20.30.40.50.60.70.8理論輸出電壓 Uo/V57.51012.51517.520實(shí)際輸出電壓Uo/V5.027.269.3611.914.416.818.3輸出電壓誤差e/V0.02-0.24-0.64-0.6-0.6-0.7-1.7經(jīng)

8、驗(yàn)證，在誤差允許范圍內(nèi)符合 Uo D Uin。七、仿真（一） . Matlab 仿真（1）.單電壓環(huán)控制原理圖（圖3） （PID調(diào)節(jié)器：比例系數(shù)為2.05,積分時(shí)間 為80.5微分時(shí)間為0）圖3.單電壓環(huán)控制 Matlab仿真圖圖4.輸出電壓波形在閉環(huán)控制中，輸出一定時(shí)（電路其它參數(shù)不變），改變輸入電壓，輸出電壓基本不變，只是紋波程度不同。占空比隨輸入電壓的增大而變小。（2）.電壓電流雙閉環(huán)控制原理圖（圖 5）（電壓調(diào)節(jié)器：比例系數(shù)為3,積分 時(shí)間為100，微分時(shí)間為0:;電流調(diào)節(jié)器：比例系數(shù)為3，積分時(shí)間為95，微分 時(shí)間為0）圖5.電壓電流雙閉環(huán)控制 Matlab仿真圖(i)Saber仿真

9、(2)1）連續(xù)狀態(tài)電感電流波形圖（圖7）圖7.連續(xù)狀態(tài)電感電流波形2）連續(xù)狀態(tài)輸入輸出電壓波形圖（圖 8）W: t閆圖8.連續(xù)狀態(tài)輸入輸出電壓（3）.斷續(xù)模態(tài)1）斷續(xù)狀態(tài)電感電流波形圖（圖9）1闆圖9.斷續(xù)狀態(tài)電感波形2）斷續(xù)狀態(tài)輸入輸出電壓波形圖（0）M t簡(jiǎn)TOOO-inIJ0 eo.n-ep.dr1 1oc os z c.a o.s t.o1(5：圖10. 斷續(xù)狀態(tài)輸入輸出電壓波形八、分析與討論1、 結(jié)合小信號(hào)建模、MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)，對(duì)BUCK變換器進(jìn)行分析，總結(jié)出 變換器電壓?jiǎn)苇h(huán)和電壓電流雙閉環(huán)工作時(shí)電壓電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)原則。答：小信號(hào)建模時(shí)，交流小信號(hào)頻率 fg應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開

10、關(guān)頻率fs ;變換器的轉(zhuǎn)折 頻率fo（ LC諧振頻率）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率fs;電路中各變量的交流分量的幅值 遠(yuǎn)小于想用的直流分量。有時(shí)為化簡(jiǎn)模型，需要忽略開關(guān)頻率及其邊帶、開關(guān)頻 帶諧波與其邊帶。2、比較電壓?jiǎn)苇h(huán)和電壓電流雙閉環(huán)工作時(shí)變換器的動(dòng)靜態(tài)特性。3、結(jié)合SABER仿真和實(shí)驗(yàn)，研究主電路電感電流連續(xù)和斷續(xù)工作狀態(tài)下變換器的工作波形、輸入輸出的基本電量關(guān)系、變換器效率等問題，并和理論分析進(jìn)行 比較。答：在開環(huán)狀態(tài)時(shí)：在連續(xù)狀態(tài)時(shí)，輸出僅于占空比有關(guān)；在斷續(xù)狀態(tài)時(shí)，輸出與占空比、負(fù)載電流均有關(guān)。電壓環(huán)控制時(shí)：輸出電壓不受負(fù)載的影響，輸出穩(wěn)定。實(shí)際降壓式變換器濾波電感存在著線圈電阻， 開關(guān)有壓降，為了簡(jiǎn)化，可認(rèn) 為晶體管飽和壓降與二極管正向壓降相等， 并