基于PI控制方式的8A開關電源MATLAB仿真研究

1、基于PI控制方式的8A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 1 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)，提高系統的能力。2 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)：8A；輸出電壓紋波(Vrr)：50mV；基準電壓(Vref)：1.5V；開關頻率(

2、fs)：100kHz.設計主電路以及校正網絡，使?jié)M足以上要求。3 主電路參數計算主電路如圖1圖1 Buck電路3.1 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通常并未直接給出，但趨于常數，約為，此處取可得： 取 取3.2 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7A-8.8A之間脈動，符合的要求圖2 電感電流4 補償網絡設計4.1 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假設：PWM鋸齒波幅值采樣電阻；則采樣網絡傳遞函數可得極點頻率零點頻率原始函數增益

3、為- 圖3 原始回路伯德圖相位裕度：40.3°穿越頻率：1.47e3Hz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。4.2 PI補償網絡設計PI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： 假設：期望的相位裕度；穿越頻率為了提高系統穿越頻率，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 校正網絡伯德圖(PI)在不忽略電容等效電阻的情況下，系統

4、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PI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。整個系統的傳遞函數如下： 圖5 整個系統伯德圖（PI）PD相位裕度：50°穿越頻率：1.5e4Hz因此可知，經過校正，系統滿足了要求指標圖6 總系統圖(負載擾動）動)圖7 總系統圖(電源擾動） 圖8 系統仿真圖（PI）采用脈沖控制理想開關的通斷，觀察系統突加突卸能力（負載擾動）：圖9 突加突卸能力（PI）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。系統在突加突卸80%負載的時候，電壓約有0.2V的波動，恢復時間約為

5、200s，效果并不很好。觀察系統電源突加突卸能力（電源擾動）：圖10 電源擾動1（PI）圖11 電源擾動（PI）5 小結通過本次作業(yè)，學習了MATLAB的使用，在BUCK電路上進行一系列仿真等。從一開始得知作業(yè)，有很多不會的方面，比如最后擾動和抗干擾方面很難進行下去。經過一個多星期的努力，并學習，最終慢慢的完成了本次作業(yè)。從一開始的失敗，讓我體會到了自己的不足，知道了還有很多的不會。但通過學習知道了要結合上課的知識和實際的情況。讓我在以后工作中能更好的融入，收獲很大。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

6、版.科學出版社.20083王中鮮，趙魁，徐建東.MATLAB建模與仿真應用教程M.2版.機械工業(yè)出版社.20144魏艷君，李向麗，張迪.電力電子電路仿真：MATLAB和PSpice應用M.機械工業(yè)出版社.20125張衛(wèi)平等.開關變換器的建模與控制M.北京:中國電力出版社,2006.01.6萬山明,吳芳.開關電源(Buck電路)的小信號模型及環(huán)路設計J. 電源技術應用,2004,7(3):142-145.7楊旭等.開關電源技術M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.03.8張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計M.北京：電子工業(yè)出版社，1999:176184.9王兆安，黃俊.電力電子技術M.北京：機械工業(yè)出版社，2002:258263.10周志敏.周紀海.開關電源實用技術與應用M.北京：人民郵電出版社，2003:1