BUCK变换器稳压电源设计

BUCK 变换器设计

BUCK 变换器有关指标为:

• 输入电压: 标称直流48V, 范围: 43V~53V • 输出电压: 直流24V, 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

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

设计过程：

一、主电路参数计算及器件选择

开关周期：

61/1/2504104S S T f k s s

μ-===⨯=

占空比（不考虑器件压降）：

0/in

D V V =

24/530.4528(53)in D V V ===当 24/430.5581(43)

in D V V ===当

电感量计算：

6

max 05324

0.250.452841022in L S V V i DT L L ----∆=

⇒=⨯⨯⨯

105L H μ=

电容量计算：

60.250.141088L L S i V T C C -∆∆=

⇒=⨯⨯

1.25C F μ=

实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，

因此，取C=120uF

电容的等效串联电阻取Rs=40m Ω 传感器电阻取 3.42Rsense k = 开关器件选用MOSFET ， 开关峰值电流 50.25 5.25sw L L I I i A =+∆=+=

开关峰值电压

max 53sw in V V V

-==

由psim 得开环电路结构：

当输入电压为43v时，输出电压电流波形为：

此时，输出电压稳定时的平均值仅有２１.５Ｖ，输出电流稳定平均值仅有４.４８Ａ。不符合稳压要求。

二、Buck变换器控制框图及设计

采用电压型控制器，控制框图如下：

使用PID 调节器进行调节，电路结构图为：

Buck 变换器的传递函数由计算可得：

kHz C

R f esr z 157.33212z ===

ππωkHz R R LC f esr 4096.1)

/1(21200=+==

ππω208

.4)

/(1

0=+=

C R R L Q esr ω1

10679.21027.11)

104.21()/(/1)/1()(vd 52860202

+⨯+⨯+⨯+=+++=---s s s V Q s s s V S G in z in ωωω

-60-40-20020

40M a g n i t u d e (d B

)10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

P h a s e (d e g )

校正前满载

Frequency (HZ)

选取剪切频率fc=80kHz 通过程序计算出

2.

772245.70

G 2352.107-b b c ===φφ，，

由类型三的公式：11

2[tan tan (1/b

φ--=- 使用MATLAB 做出数据图,可以得到:

48.4K =,编写程序计算最终的参数为:

4

311311

2

9124

510782.95105374.4103253.1104523.1034

.67510

68.31062.1⨯=⨯=⨯=⨯==⨯=⨯=---R C C R fz fp c

k

R k R bias 1,32.21==

112.3211

247.229

1 2.32

bias bias ref o bias R k R k R V V R R ===

=⨯=++

加入控制器的电路图为：

三、Buck变换器的校验

输入电压VIN=43V时，输出电压电流波形如图：

电压纹波为：

电流文波为：

Vin=53v时，电压电流波形为：

电压文波为：电流文波为：

电压电流文波符合要求.

通过sisotool，添加调节器的零极点和积分环节,画出伯德图: 幅值裕量相角裕量满足要求