buck变换器设计报告_1.docx

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1、buck变换器设计报告 电力电子装置及应用课程设计 1 设计指标及要求 1.1设计指标 ?输入电压标称直流48V 范围：43V53V ?输出电压：直流24V ?输出电流：直流5A ?输出电压纹波：100mV ?电流纹波：0.25A ?开关频率：250kHz ?相位裕量：60 ?幅值裕量：10dB 1.2 设计要求 ?计算主回路的电感和电容值 ?开关器件选用MOSFET, 计算其电压和电流定额?设计控制器结构和参数 ?画出整个电路, 给出仿真结果 2 BUCK主电路各参数计算 图1 利用matlab搭建的BUCK主电路 Mosfet2在0.01s时导通，使得负载电阻由9.6变为4.8，也就是说负

2、载由半载到满载，稳态时负载电流上升一倍，负载电压不变，这两种状态的转换的过程的表征系统的性能指标。 2.1 电感值计算 当时，D=0.558 , 求得 当时，D=0.5 , 求得 当时，D=0.453，求得 所以，取 2.2 电容值的计算 代入，得，由于考虑实际中能量存储以及输入和负载变化，一般取C大于该值，取 2.3 开关器件电压电流计算 2.4 开传递函数的确定 其中 故开环传递函数为 3 系统开环性能 3.1 开环传递函数的阶跃响应 由MATLAB可以作出系统的开环函数的单位阶跃响应，如下图所示 由图可知，系统振荡时间较长，在5ms之后才可以达到稳定值，超调量为66.67%，需要增加校正

3、装置进行校正。 3.2 系统开环输出电压电压、电流响应 由MATLAB simulink作出的系统的输出电压、电流响应如下图所示 图2 开环电压、电流响应 在0.01s时负载由9.6变为4.8，电压振荡后不变，电流增大一倍。 由图可知电压超调量达到70%，电流超调量达到75%。 图3负载变化时电流响应图4负载变化时点响应 图3 电流纹波图4 电压纹波 电流纹波约为0.002A ，电压纹波为0.01V ，符合设计的要求，由于器件本身的压降损耗等因素，电压稳态值不等于24V ，电流的稳态值也不等于5A 。 4 控制系统设计 4.1 控制原理 图5 闭环控制系统原理 取输出输出信号作为反馈信号，经过

4、校正装置来控制MOSFET的导通和断开，在开关周期一定的情况下控制占空比，实现闭环控制。根据控制信号的不同，有以下两种控制方法： 图6 电压型控制 电压控制型：电压作为反馈信号，经过校正装置与锯齿波比较来控制开关的占空比。 图7 电流型控制 电流峰值控制：用通过功率开关的电流波形替代普通PWM调制电路中的载波信号。 4.2 闭环系统结构图 图8 闭环系统结构图 闭环增益: 调节器增益： 反馈因子： 4.3 调节器类型 积分器PI调节器PID调节器 ?积分器：斜率-20db/dec, -90. ?PI调节器：加入一个零点，局部斜率平坦，并且可提供90的超前相位。 ?PID调节器：加入两个零点，局部斜率上翘，并且可提供180的超前相位。 4.4 闭环系统各参数确定 采用电压型控制，取输出电压作为反馈量，选用PID调节器进行调节，并且使用K因子法确定各参数的数值。