发布时间 : 星期日 文章BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 80V60V更新完毕开始阅读b6a103da710abb68a98271fe910ef12d2af9a99b
二、目的
1. 了解开、闭环降压拓扑的基本结构及工作原理；
2. 掌握BUCK开关电源电路中各元器件选择和主要参数的计算； 3. 运用Matlab仿真软件对所设计的开、闭环降压电路进行仿真。 4. 掌握降压电路电压控制双极点、双零点补偿器环节的设计与仿真技术。 三、设计要求
输入直流电压(VIN)：80V 输出电压(VO)：60V 输出电流(IN)：10A 输出电压纹波(Vrr)：50mV 5、开关频率(fs)：100kHz 6、负载突变为80%的额定负载 7、电流脉动峰-峰值：
8、二极管的通态压降VD=0.5V，电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V
9、采用压控开关s2实现80%的额定负载的突加、突卸，负载突加突卸的脉冲信号幅值为1.周期为0.0125，占空比2%，相位延迟0.0065s。 四、设计步骤
（一）主电路参数设计
1、电容等效电阻RC和滤波电感C的计算
Buck变换器主电路如图下所示，其中RC为电容的等效电阻(ESR)。
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图4-1Buck变换器主电路图
输出纹波电压只与电容的容量以及ESR有关，
（式1-1）
电解电容生产厂商很少给出ESR，但C与RC的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF。本例中取为75μΩ*F。计算出RC和C的值。
C=1500
（二）滤波电感L的计算
开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程
S导通: ++ S关断:
(式1-2)
(式1-3)
，再利用 TON?TOFF?1fS，可得TON=15.154μS，将此值回代式(2)，可得L=294μH
（三）闭环系统的设计
1、闭环系统结构框图
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图4-2闭环系统结构框图
整个BUCK电路包括Gc(S)为补偿器，Gm（S）PWM控制器，Gvd（S）开环传递函数和H(S) 反馈网络。采样电压与参考电压Vref比较产生的偏差通过补偿
图4-2闭环系统结构框图
器校正后来调节PWM控制器的波形的占空比，当占空比发生变化时，输出电压Uo做成相应调整来消除偏差。
系统传函框图：
图4-3 BUCK变换器系统框图
2、BUCK变换器原始回路传函GO(s)的计算
采用小信号模型分析方法可得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为：
GO(s)?Gm(s)?H(s)?Gvd(s)?V?1?sCRC?1?H(s)?INLVm1?s?s2LCR其中
Gm(s)为锯齿波PWM环节传递函数，近似成比例环节，为锯齿波幅值 Vm的倒数。H(s)为采样网络传递函数，，Rx，Ry为输出端反馈电压的分
压电阻，为开环传递函数。
将Vm=50V,H(S)=5/6,Vin=80V,C=1500uF,Rc=0.05欧，L=294uH，R=3欧代入传函表达式，得到：
用matlab绘制波德图，得到相角裕度2.28度。 所用matlab程序：见附录1
由于相角裕度过低。需要添加有源超前滞后补偿网络校正。
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3、补偿器的传函设计：见附录2 补偿器的传递函数为：
图4-4 有源超前-滞后补偿网络
有源超前——滞后补偿网络有两个零点、二个极点。 零点为：,
极点为：位原点，,
频率与之间的增益可近似为： 在频率与之间的增益则可近似为：
考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取
开环传函的极点频率为,将两个零点的频率设计为开环传函两个相近极点频率的，则.
将补偿网络两个极点设为以减小输出的高频开关纹波。
先将R2任意取一值，然后根据公式可推算出R1，R3，C1，C2，C3，进而可得到Gc（S）。
根据Gc(S) 确定Kp，ki,kd的值。
依据上述方法计算后，Buck变换器闭环传递函数：G(s)=GO(s)Gc(s) 计算过程可通过matlab编程完成。根据闭环传函，绘制波德图，得到相角裕度，验证是否满足设计要求。
参考程序如下：见附录3
依据上述方法计算后，Buck变换器闭环传递函数：T(s)=GO(s)Gc(s)=
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