BUCK开关电源的应用

目录

第1章课题背景 (1)

1.1 BUCK电路的工作原理 (1)

1.2 BUCK开关电源的应用 (1)

第2章课题设计要求 (1)

第3章课题设计方案 (1)

3.1 参数 (1)

3.2 系统的组成 (2)

3.3 主电路部分的设计 (2)

3.3.1 滤波电感的计算 (3)

3.3.2 滤波电容的计算 (3)

3.4 开环系统的分析 (3)

3.4.1 开环原始传递函数的计算 (3)

3.4.2 开环原始传递函数的伯德图和相角裕量的分析图 (4)

3.5 闭环系统的设计 (4)

3.6 双极点双零点补偿控制器的设计 (5)

3.6.1 补偿网络电路的原理分析 (5)

3.6.2 补偿器伯德图 (7)

3.6.3 加入补偿器后系统伯德图分析 (8)

3.7 闭环系统的仿真 (9)

3.7.1 电路模块的添加 (9)

3.7.2 仿真电路参数的设置 (9)

3.7.3 仿真结果 (10)

第4章总结心得 (10)

第5章参考文献 (11)

第6章附录 (11)

第1章课题背景

1.1 BUCK电路的工作原理

BUCK开关电源功能是将电能质量较差的原生态电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。

1.2 BUCK开关电源的应用

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。它巨大的作用决定了对它研究的意义。

第2章课题设计要求

1.根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完成开关电路的设计

2.根据设计步骤和公式，设计双极点-双零点补偿网络，完成闭环系统的设计

3.采用MATLAB中simulink中simpowersystems模型库搭建开环闭环降压式变

换器的仿真模型

4.观察并记录系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负

载电流的波形

第3章课题设计方案

3.1 参数

图3-1 Buck变换器主电路图

1、 输入直流电压(VIN)：32V 。

2、 输出电压(VO)：18V 。

3、 负载电阻：3Ω 。

4、 输出电压纹波峰-峰值Vpp ≤50mV ，电感电流脉动：输出电流的10%。

5、开关频率(fs)：80kHz 。

6、BUCK 主电路二极管的通态压降VD=0.5V ，电感中的电阻压降VL=0.1V ，开关管导通压降VON=0.5V,滤波电容C 与电解电容RC 的乘积为75F u *Ω。

7、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0.012S ，占空比为2%，相位延迟0.006S 。 当s 导通时有：t i on ll o in d d L V V V V +++= （on

t iL t I

d d ∆=） （1） 当s 关断时有：D ll o off

V V V t I

L

++=∆ （2） t 与s f 的关系：s

off on f t t 1=

+ （3）

3.2 系统的组成

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：3-2。

图3-2 系统传函框图

3.3 主电路部分的设计

3.3.1 滤波电感的计算

由公式L

rr

c I V R ∆=

，其中N L I I 1.0=∆ （4） R

V I o

N =

，其中v V o 18=，R=3Ω （5） F u R C c Ω•=•75 （6）

设计要求中mv V rr 50=，求得Ω=

12

1

c R ，F C 4^10*9-=。 3.3.2 滤波电容的计算

由前面的公式（1），（2），（3）及一些参数v V IN 32=，v V O 18=，v V L 5.0=，

v V On 5.0=，v V D 5.0=。算得：s t on 6^10*27.7-=，s t off 6^10*23.5-=，

H L 4^10*62.1-=。

3.4 开环系统的分析

3.4.1 开环原始传递函数的计算

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G O (s)为：

（7）

其中ref m V V =，y

x y o refr R R R V V +=*

（8）

其中x R ，y R 是分压电阻，它们的取值是不固定的，但是他们的单位要是ΩK 级的，这样整个电路的误差会小。此次设计

1

8

=y x R R ，它们的单位是ΩK 。 y

x y R R R s H +=

)( （9）

将数据代入公式（7），得

4

^1094^1062.13

4^1062.11)12

110*91(3218

21)(20-⨯*-*⨯+-⨯+⨯⨯

+⨯⨯

⨯=s s s s G