基于multisim控制方式的1a开关电源仿真研究资料

基于multisim控制方式的开关电源仿真研究

山东科技大学

电气与自动化工程学院

姓名：李强

学号：150831018

目录

一绪论 (1)

二实验目的 (1)

三实验要求 (1)

四主电路功率的设计 (1)

（1）buck 电路 (1)

（2）用Multisim软件参数扫描法计算 (2)

(3) 交流小信号模型中电路参数的计算 (4)

（4）采用小信号模型分析 (4)

五补偿网络的设计 (5)

六总电路图的设计 (7)

（1）总电路图的设计图 (9)

（2）总电路的仿真图 (10)

七心得体会 (11)

八参考文献 (11)

一绪论

Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路

二实验目的

(1)了解Buck变换器基本结构及工作原理；

(2) 掌握电路器件选择和参数的计算；

(3) 学会使用Multisim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真;

(4) 学会使用Multisim仿真软件对控制环节的仿真技术;

(5)学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度.

三实验要求

输入直流电压(V IN)：15V；

输出电压(V O)：5V；

输出电流(I N)：1A；

输出电压纹波(V rr)：50mV；

基准电压(V ref)：1.5V；

开关频率(f s)：100kHz。

四主电路功率的设计

（1）buck 电路图4-1-1：

Q1

buck 电路 图4-1-1

rr rr

C L N

0.2V V R i I =

=∆=250m Ω（出于实际考虑选择250m Ω） c*Rc 的乘积趋于常数50~80uF ，我使用62.5μΩ*F ，由式(1)可得R C =250mohm ，C =250μF （出于实际考虑取250μF ）

开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如下式所示：

IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=∆

O L D L OFF /V V V L i T ++=∆

设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =0.5V 。 经计算得 L=87.66uH 。（注：在实际电路中，取L=88μH ） （2）用Multisim 软件参数扫描法计算：

当L=70uH 时，输出电压纹波4-2-1

当L=80uH 时，输出电压纹波如图4-2-2

如图4-2-2

当L=87.66uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-1

图4-2-1

当L=90uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-3

图4-2-3

(3)交流小信号模型中电路参数的计算如下：

占空比： g

V V D =

直流增益： g d V D

V

G ==0，00lg 20d dB

d G G =

双重极点频率： LC

f p p ππ

ω2120

0=

=

品质因数： ==L

C

R

Q 0，00lg 20Q Q dB

=

在具有双重极点的传递函数中，频率特性在极点频率附近变化非常剧烈，其中相频特性变化非常剧烈段的起始频率f a 和终止频率f b ，由下可以确定：

02/1010p Q a f f -=

02/1010p Q b f f =

（4）采用小信号模型分析

经分析得Buck 变换器原始回路增益函数G O (s)为：

()LC

s R

L s sCR V s H V s G C IN m

O 211)(1

)(+++∙∙=

＝286610196.210532.171)105.621(153.05.11s s s ---⨯+⨯+⨯+⨯⨯ ＝2

86610196.210532.171105.1873s

s s ---⨯+⨯+⨯+

假设PWM 锯齿波幅值V m ＝1.5V ，R X ＝3Ωk ，R y ＝1.3Ωk ，由此可得采样网络传递函数

)(s H =0.3，原始回路直流增益)(s Ao ＝3。

双重极点频率:

LC

f P P ⨯⨯=

⨯=

14.32114

.320

0ω=1.076kHz

用matlab 画出的G0（s ）的伯德图：

程序：

num=[0.000225 3];

den=[0.000000053 0.000034994 1]; [mag1,phase1,w1]=bode(num,den); margin(mag,phase,w)

-60-40-20020

40M a g n i t u d e (d B )10

10

10

10

10

10

-180

-135-90-45045P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Gm = Inf , P m = 40.3 deg (at 1.49e+003 Hz)

Frequency (Hz)

如图所得，该系统相位裕度 40.3度，穿越频率为1.49e+003Hz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度。 使其快速性和稳定性增加。

五 补偿网络的设计

设计步骤

步骤1 本设计采用的PD 补偿网络进行设计，PD 补偿网络的电路图如图5所示