Buck变换器环路设计(修改)
BUCK变换器环路稳定性分析与仿真
Io
=
1 T
×
1 2（∆i on Ton
+ ∆i'off To'ff
-3-
现象。图 1.4 为电感电流断续时电流波形图。
由式 1-2 与式 1-4 可知，当输入电压和输出电压一定时， ∆i 为常数。由式 1-6 可见，当负载电流减少
到 iomin = 0 时， iomax = ∆i ，此时最小负载电流 Iomin ，即为电感临界连续电流 IG ：
IG
=
Iomin
=
di 0 − Uo = L dt
电感中的电流线性下降，式 1-3 可写成：
Uo
= −L iomin − iomax Toff
= L iomax − iomin Toff
= L ∆ioff Toff
（式 1-2） （式 1-3） （式 1-4）
式中 Toff 为开关管 Q 的关断时间。在稳态时， ∆ioff = ∆ion = ∆i ，联解式 1-2 与式 1-4 可得：
Saber 仿 真 作 业
Buck 变换器的设计与仿真
目录
1 Buck 变换器技术...................................................................................................................................... - 2 1.1 Buck 变换器基本工作原理...........................................................................................................- 2 1.2 Buck 变换器工作模态分析...........................................................................................................- 2 1.3 Buck 变化器外特性.......................................................................................................................- 4 -
Buck变换器设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏｆ Ｂｕｃ ｋ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
Ｌｉ ｕ Ｙ ａ ｎｇ
（ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ），
主要是靠Ｓ Ｇ ３ ５ ２ ５ 芯片完成 的 ，而在反馈 回路 中则 加入 了超
前一 滞后 校正器 ，从 而使 变换器拥有更好 的动态性能 。
路 叫做直 流一 直流 变流 电路 ，包括 直接直 流变流 电路和 间 接 直流变 流 电路 。其 中直 接直流变 流 电路 也称斩 波 电路 。 直 流斩波 电路包括 降压斩 波电路 、升压斩 波 电路 、升降压
２ ｏ ， ３ ． ｏ ９
表１设计 参数数据表
电源 电压 开关频率
输 出 电压
根 据课 题要求 ，输入 电压 为２ ５～３ ０ Ｖ，这 里我们 选定
为２ ８ Ｖ。因为输入 ＝ ２ ８ Ｖ，输 出 ＝ １ ０ Ｖ，所 以Ｄ ＝ ０ ． ３ ５ ７ 。
２ ５ ～３ ０ Ｖ ３ ５ ｋ Ｈ Ｚ
Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ １ ７ ５ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： ＤＣ ｃ ｈ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｓ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｐ ｐ ｈ ｃ ａ ｉｏ ｆ ｎ ｓ ，ｐ ｌ ａ ｙ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｒ ｕ ｃ ｉ ａ ｌ ｒ ｏ ｌ ｅ
BUCK变换器设计
BUCK变换器设计1设计目的及解决方案1.1问题的提出此次设计的目的是针对给定的特定题目要求，设计一个BUCK变换器DC/DC变换器，使其实现输入电压为DC 28V±10%时，输出电压为DC 12V，输出电流为2A，电压纹波为1％。
1.2设计方案此次设计主要是针对BUCK变换器的主电路进行设计,所选择的全控型器件为P-MOSFET.查阅相关资料，可以使用以脉宽调制器SG3525芯片为主的控制电路来产生PWM控制信号，从而来控制P—MOSFET的通断.然后通过设计以IR2110为主芯片的驱动电路对P-MOSFET进行驱动，电路需要使用两个输出电压恒定为15V的电源来驱动两个芯片工作。
图1。
1 总电路原理框图同时采用电压闭环,将输出电压进行分压处理后将其反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM信号，达到负反馈稳定控制的目的，得到电路的原理框图1.1所示.2.电路基本结构及降压原理2.1电路基本结构下图1.2所示为BUCK型DC/DC变换器的基本结构，此电路主要由虚线框内的全控性开关管T和续流二极管D以及输出滤波电路LC构成。
对开关管T进行周期性的通、断控制，便能将直流电源的输入电压Vs变换成为电压Vo输出给负载。
图2。
1 Buck变换器的电路结构2.2电路降压原理在一个开关周期T s期间对开关管T施加如图1.1（b）所示的驱动信号V G，在T on期间，V G〉0,开关管T处于通态，若忽略其饱和压降，输出电压Uo等于输入电压；在Toff期间，V G=0，开关管T处于断态，若忽略开关管的漏电流，输出电压为0。
开关管T导通时间与周期T s的比值称为占空比D，即D=T on/T s。
因此Vo=DVs，所以可以通过调节占空比D的大小，便可调节输出直流电压的大小，从而也就达到了降压的目的。
3 BUCK 变换器参数设计3.1 Buck 变换器性能指标输入电压:V in =DC 28V ±10%；输出性能：V out =DC 12V 、I o =2A ；Iout=0.1A 时，电感电流临界连续。
开关电源(Buck电路)的小信号模型及环路设计
不妨设电压环带宽远低于电流环，则在分析电流环时Vcv为常数。当Vc的上升斜率等于三角波斜率时，在开关频率fs处,电流误差放大器的增益GCA为
GCA=GCA(Vo/L)Rs=Vsfs（18）
GCA=/(Rs)=VsfsL/(UoRs)（19）
开关电源（Buck电路）的小信号模型及环路设计
0 引言
设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源开关电源时，控制环路的设计是很重要的一个部分。而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。为了进行稳定性分析，有必要建立开关电源完整的小信号小信号数学模型。在频域模型下，波特图提供了一种简单方便的工程分析方法，可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象，因此，用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型，而用该模型来解释大范围的扰动（例如启动过程和负载剧烈变化过程）并不完全准确。好在开关电源一般工作在稳态，实践表明，依据小信号扰动模型设计出的控制电路，配合软启动电路、限流电路、钳位电路和其他辅助部分后，完全能使开关电源的性能满足要求。开关电源一般采用Buck电路，工作在定频PWM控制方式，本文以此为基础进行分析。采用其他拓扑的开关电源分析方法类似。
由式（11），式（12）得
=Uin （13）
=· （14）
式(13)，式(14)便为Buck电路在电感电流连续时的控制－输出小信号传递函数。
2 电压模式电压模式控制（VMC）
电压模式控制方法仅采用单电压环进行校正，比较简单，容易实现，可以满足大多数情况下的性能要求，。
L=D(Uin－Uo)＋(1－D)(－Uo)=DUin－Uo （3）
稳态时，=0，则DUin=Uo。这说明稳态时输出电压是一个常数，其大小与占空比D和输入电压Uin成正比。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计buck型DC-DC变换器广泛用于电源供电系统、电动汽车和太阳能电池等应用中。
在使用过程中，由于输入电压的变化、电流过载、短路等因素可能导致变换器的故障或损坏。
为了保护变换器及其连接的电路，设计有效的保护电路是至关重要的。
首先要保护的是输入端的电路，常见的保护电路包括过压保护和过流保护。
过压保护主要是通过输入电压检测电路来监测输入电压，一旦输入电压超过设定值，保护电路将切断输入电源，以防止变压器和其他电路被损坏。
过流保护则采用电流检测电路来监测输入电流，一旦输入电流超过设定值，保护电路将切断输入电源，防止变压器和电源电路受到额定电流以外的过大电流的损坏。
在输出端，常见的保护电路包括过压保护、过流保护和短路保护。
过压保护通常使用电压检测电路来监测输出电压，一旦输出电压超过设定值，保护电路将切断输出电源，以防止负载和其他电路被损坏。
过流保护同样采用电流检测电路来监测输出电流，一旦输出电流超过设定值，保护电路将切断输出电源，防止负载和电源电路受到过大的电流的损坏。
短路保护是最常见的保护电路，它主要通过短路检测电路来检测输出端是否出现短路。
一旦短路发生，保护电路将切断输出电源，以防止损坏变压器和其他电路。
此外，为了保护变压器的绝缘性能，在变压器的输入和输出端都需要设计绝缘保护电路，通常是使用绝缘变压器或光耦合器来实现。
为了确保电路的稳定工作和提高变换器的效率，还可以设计过温保护电路。
过温保护电路可以通过温度传感器实时监测变换器内部的温度，一旦温度达到设定值，保护电路将切断输入电源，以防止温度过高引起的故障或损坏。
另外，还可以考虑设计过载保护电路和反馈保护电路。
过载保护电路可以检测输出电流是否过大，一旦超过设定值，保护电路将采取控制措施，减小输出电流以避免过载。
反馈保护电路可以通过比较输出电压与参考电压的差异来检测电路的故障，一旦差异超过设定值，保护电路将切断输入电源。
Buck变换器环路设计(修改)
Buck 变换器的环路设计1．功率级传递函数R1L1Q1buck 变换器功率级电路示意图其传递函数为1)(1121+⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅=s C R ESR s C L s C ESR V V out out out i o 分子为一阶微分环节，有一个零点，其转折频率为outzero C ESR f ⋅=π21分母为二阶积分环节，其阻尼系数12L C R out=ζ，其中ESR R R +=1当1>ζ时，系统为过阻尼状态，有两个不同的极点。
当1=ζ时，系统为临界阻尼状态，有两个相同的极点。
当1<ζ时，系统为欠阻尼状态，有两个共轭的复数极点。
在DCDC 变换器中，为了获得较高的效率，会尽可能的减小R 的值，所以通常系统都是处在欠阻尼状态。
10210310410520102103104105典型的buck 变换器功率级幅频和相频特性曲线。
参数：Cout=100uF ，L1=2.2uH ，ESR=1m Ω,R1=10m Ω在功率级的传函中，有一个由ESR 和Cout 构成的零点。
当ESR 比较小时，幅频曲线在转折频率后会以-40db/dec 衰减，相频曲线也会由0deg 急剧的下降为－180deg 。
在控制回路的环路补偿中就必须增加额外的相位超前补偿，否则不能满足要求的相位裕度。
当ESR 较大时，由ESR 和Cout 组成的零点会抵消到一个极点，控制回路中不需要额外的相位超前补偿，就能满足要求的相位裕度。
下图为ESR=100m Ω（其余参数相同）的幅频和相频特性曲线。
可以看出，其相位最低降到-100deg ，尚有80deg 的相位裕度。
1021031041050101021031041052． PWM 控制级传递函数在电压反馈系统中，PWM 控制器采用固定的三角波与反馈回来的电压比较，控制占空比。
三角波的周期为T ，上升段的时间为T 1，幅值为△V ，则，TT V V D K compPWM 11⋅∆==3． 环路补偿为获得比较高的稳态精度，系统总是要设计成为I 型系统，因为I 型系统的稳态误差为零。
BUCK环路设计
uC (t1) = 2tat1
(1)
VOSC
T
uC (t2 ) = 2tt2b
(2)
VOSC
T
uC (t1) + uC (t2 ) = tat1 + tt2b
(3)
2VOSC
T
tat1 + tt2b = tON
(4)
uC
(t1
)
+ 2
uC
(t2
)
=
uC
(tab
)
，为该周期内误差信号的平均值，
tON = VIN
图 1 Buck 调节器的三个基本模块 为设置系统的增益和带宽，要写出系统的开环传递函数，根据电路功能，我们划分出 3 块，如图 1，第一块包括 PWM 比较器到控制 MOSFET 输出，第二块是 LC 低通滤波器，根 据输出电压，电流规范选定元器件之后，被动元件引起的相位滞后已经形成，第三块是 根据以上两部分的传递函数，设计补偿电路，改变系统的增益和带宽，使系统有理想的 相位裕度和带宽，达到系统稳定的要求。
但如果没有电压的下调电压，总体瞬态漂移则为 2 ΔV 。
根据以上的设计原则，补偿部分的设计步骤是：把系统的性能指标和技术要求转化为开 环传递函数的波特图；根据开环传递函数的波特图和控制器，LC 滤波网络的波特图绘制 补偿网络的波特图；基于补偿网络的波特图，选择合适的补偿网络进行参数设计。
3.1 三个频段分析
在定性的分析系统性能时，可以将波特图大致分为低，中，高三个频段。
1）低频段 开环传递函数频率特性低频段的形状直接反映系统包含的积分环节的个数和直流增益 的大小，因此它主要影响系统的稳态性能。对于开关调节系统，理想的低频特性是直流 增益无限大。以-20DB 的斜率下降。
buck电路设计
Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计1.占空比D计算2.电感L计算3.电容C计算4.开关元件Q的选取二. Buck变换器开环分析三. Buck闭环控制设计1.闭环控制原理2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法3.PSIM仿真4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会Buck变换器性能指标:输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V输出电压：直流电压24V ，5A 输出电压纹波：100mv 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=250kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB一. Buck 主电路设计：1.占空比D 计算根据Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D 的变化范围。
.50V48V 24U U D .4530V 53V 24U U D 0.558V 43V24U U D innom o nommax in o minmin in o max =========2.电感L 计算uH 105f i 2)D U -(U i 2)T U -(U L sL min o inmax Lon(min)o inmax =∆=∆=3.电容C 计算uF25.1250000*1.0*825.0vf 8i C s L ==∆∆=电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V ，则电容耐压值应大于24.1V 。
考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V 电容。
4.开关元件Q 的选取该电路的输入电压是43V~53V ，则开关管耐压值为53V ，电流的最大值为A 25.525.0A 5i I I L o Qp =+=∆+=，其开关频率为KHz 250f =，因此选用的MOSFET 管MTD6N15T4G ，其额定值为A 6/V 150。
Buck 主电路传递函数Gvd （s ）占空比d （t ）到输出电压Vo （t ）的传递函数为：220zinvd /s Q /s 1/s 1U )s (G ωωω+++=其中，CR 1,)C R R /L (1Q ,/R)R LC(11esr z esr 0esr 0=+=+=ωωω取R esr=50m Ω，负载R=4.8Ω，又知L=105uH ，C=120uF ，可求得ω0=8862.7rad/s ，f 0=ω0/2π=1410.5Hz ，Q=4.0269，ωz=166670rad/s ，fz=ωz/2π≈26526Hz 。
buck电路环路参数设计
buck电路环路参数设计一、引言在电子工程中，Buck电路是一种常见的电源转换电路，广泛应用于各种电子设备中。
其工作原理是将输入电压的一部分转换成较低的输出电压。
对于Buck电路的设计，环路参数设计是其核心部分，直接影响电路的性能和稳定性。
二、环路参数设计1.电感的选择：电感是Buck电路中重要的元件，它能够抑制电流的波动，同时对交流信号进行过滤。
电感的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
一般来说，电感值越大，电路的抗干扰能力越强，但也会增加电路的体积和重量。
因此，需要根据实际情况进行权衡。
2.电容的选择：电容在Buck电路中扮演着重要的角色，它可以滤除高频噪声，提高电路的稳定性。
电容的选取需要考虑电路的工作频率、输入电压、输出电压以及负载变化等因素。
同时，电容的耐压值也需要考虑，避免因过压损坏电容。
3.电阻的选择：电阻在Buck电路中主要用于调整输出电压和限制电流。
电阻的选取需要考虑电阻值的大小、功率以及电路的工作环境等因素。
电阻值过大，可能导致输出电压波动大，影响电路的性能；电阻值过小，可能导致电路发热严重，影响电路的稳定性。
三、设计实例假设我们设计一个用于手机电池充电的Buck电路，我们需要考虑以下环路参数：输入电压为3.7V，输出电压为3V，工作频率为1MHz，负载变化范围为5%-10%。
根据这些参数，我们可以进行以下设计：1.电感选择：根据工作频率和输入电压，我们选择电感值为5mH。
2.电容选择：由于工作频率较低，我们选择1uF的电容，并确保其耐压值能够承受输入电压和输出电压的叠加。
3.电阻选择：我们选择一个可调电阻，用于调整输出电压，使其在5%-10%的负载范围内保持稳定。
初始时，将电阻调至最大值，然后逐渐减小电阻值，直到达到最佳输出电压。
同时，为了限制电流，我们选择一个适当的限流电阻。
四、结论通过以上设计步骤和方法，我们可以成功地设计出一个性能稳定、体积轻便的Buck电路。
BUCK变换器设计
BUCK变换器设计报告一、BUCK变换器原理降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。
它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。
它主要用于直流稳压电源。
二、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器的设计方法利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。
2、主电路的设计指标输入电压：标称直流48V，范围43~53V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：10dB3、BUCK 主电路主电路的相关参数：开关周期：T S =s f 1=4×10-6s占空比：当输入电压为43V 时，D max =0.55814当输入电压为53V 时，D min =0.45283输出电压：V O =24V 输出电流I O =5A纹波电流：Δi L =0.25A纹波电压：ΔV L =100mV电感量计算：由Δi L =2Lv -V o max -in DT S 得： L=L o max -in i 2v -V ΔD min T S=25.022453⨯-×0.4528×4×10-6=1.05×10-4H 电容量计算：由ΔV L =Ci L 8ΔT S 得： C=L L V 8i ΔΔT S =1.0825.0⨯×4×10-6=1.25×10-6F 而实际中，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，故取值为120μF 。
实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。
BUCK变换器设计报告
BUCK变换器设计报告一、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器设计方法利用计算机设计BUCK变换器，首先要选取合适的仿真软件。
本文采用MATLAB和PSIM设计软件进行BUCK变换器的综合设计。
在选取好设计软件之后，先根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真。
如果开环仿真结果不能满足设计要求，再考虑选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计。
设计好闭环控制器后，对其进行闭环函数的仿真，选取超调小、调节时间快的闭环控制器搭建模型进行电路仿真。
2、主电路的设计BUCK变换器设计指标输入电压：标称直流电压48 V，范围：43 V～53 V ；输出电压：直流24 V ；输出电流：直流5 A ；输出电压纹波：100 mV ；输出电流纹波：0.25A ；开关频率：250 kHz ；相位裕量：60；幅值裕量：10 dB 。
设计要求计算主回路电感和电容值；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。
根据设计指标，采用BUCK电路作为主电路，使用MOSFET元件作为开关元件，这是因为MOSFET的开关速度快，工作频率高，可以满足250khz的开关频率，此外，MOSFET与其他开关器件最显著的不同，是MOSFET具有正温度系数，热稳定性好，可以并联使用，其他开关器件不具有此特性。
（1）BUCK电路的主电路的拓扑图：（2）主电路的基本参数计算:开关周期：Ts=1/f s=4∗10−6s=0.5占空比(不考虑器件管压降)：D=v0v in=0.5581V in=43V时，Dmax=v0v inV in=53V时，Dmin=v0=0.4528v in输出电压：V o=24V；输出电流：Io=0.25A;额定负载：R=V o÷Io=4.8Ω纹波电流：△I=0.25A；纹波电压：△V=100mV电感量理论值计算：由：，得：，电容量理论值计算：由：，得考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故取C=120uF.由于电解电容一般都具有等效串联电阻R esr,因此在选择的过程中需要注意此电阻的大小对系统性能的影响。
Buck变换器的闭环回路设计之PID调节教程
Buck 变换器的闭环回路设计之PID 调节已知20,5,1~10,100in o s V V V V R f kHz ===W W =,根据这些参数设计一个ccm 模式下的闭环buck 变换器，使其纹波电压不超过输出电压的0.5%。
1.确定电容电感大小根据张占松《开关电源原理与设计》上的公式计算所需电感和电容的大小。
L搭图1 buck 开环仿真电路图设置pwm_switch 的开关频率为100kHz ，占空比D=0.25.最终得到电感电流和输出电压波形如下图所示。
图3 开环buck 输出电压波形图由图3知，当电路稳定时，输出电感电流的平均值为0.4364L I A =，电感电流的峰峰值0.7861PK I =。
显然有12PK L I I <，所以可知电路确实工作在ccm 模式。
将电感电流的波形图进行局部放大，可以发现 buck 确实工作在ccm 模式。
纹波电压为0.01V，在要求的范围内。
所以，对于仿真来说，所选取的电容和电感的大小是合理的。
图5 buck开环传递函数粗略幅频特性曲线利用在matlab 下运行如下脚本：Vin=20;l=50e-6;c=500e-6;r=1;rc=0.01;rl=0.25; omeg0=1/(l*c)^0.5; omegz=1/rc/c; omegzl=rl/l; Q=r/(l/c)^0.5;G1=tf(Vin*[1/omegz 1],[1/omeg0^2 1/Q/omeg0 1]); margin(G1);了。
常用的补偿方式有比例补偿，PI 补偿，PD 补偿，PID 补偿等等。
我们只要选取一种补偿方式使其相位裕度大于等于45°，幅值裕度大于7db 就可以了。
我们选取补偿后的穿越频率211010c s f f kHz ==，对应的角频率为4222 6.2810/c c f rad s w p ==´，利用matlab 的点捕捉功能，在图上捕捉出角频率为2c w 的点，如下图所示。
buck电路环路参数设计 -回复
buck电路环路参数设计-回复"Buck电路环路参数设计"引言：Buck电路是一种常用的降压型直流-直流（DC-DC）电源转换器。
它具有高效率、较小的体积和重量等优点，因此在许多电子设备中得到广泛应用。
在设计Buck电路时，环路参数的合理选择对电路性能至关重要。
本文将一步一步解释Buck电路环路参数的设计过程，帮助读者更好地理解和应用Buck电路。
第一步：确定设计目标在设计Buck电路之前，我们首先需要确定设计目标。
这包括输出电压、输出电流和效率等方面的要求。
这些目标将直接影响到环路参数的选取和优化。
第二步：选择开关频率Buck电路的开关频率直接影响电路的性能和元件的选用。
一般而言，较高的开关频率可以减小电感器和电容器的尺寸，但可能会增加开关损耗。
因此，在确定设计目标后，我们需要根据具体的应用要求选择合适的开关频率。
第三步：选择输出电感器输出电感器在Buck电路中起到滤波和储能的作用。
选择适当的输出电感器对电路的稳定性和效率至关重要。
一般而言，输出电感器的值应能满足以下要求：1. 具有足够的电感值，以保证输出电流的稳定性和纹波较小；2. 电感器的涡流损耗应尽可能小，以提高电路的效率；3. 电感器的尺寸应满足实际应用的要求。
第四步：选择输出电容器输出电容器在Buck电路中主要用于滤波和储能。
合理选择输出电容器可以减小输出纹波和提高电路的稳定性。
对于输出电容器的选择，我们应考虑以下因素：1. 输出电容器的额定电压应能满足设计要求，以免出现过电压破坏；2. 输出电容器的容值应满足输出纹波的要求，一般可以根据输出纹波系数来计算；3. 输出电容器的ESR（Equivalent Series Resistance）应尽可能小，以减小输出纹波和提高电路效率；4. 输出电容器的尺寸应满足实际应用的要求。
第五步：设计反馈回路反馈回路在Buck电路中起到稳定输出电压的作用。
合理设计反馈回路可以使输出电压精确稳定，并抵消外界干扰。
一个稳定的buck／boostDC—DC转换器的环路设计
一个稳定的buck／boostDC—DC转换器的环路设计【摘要】本文设计了一款脉冲宽度调制的稳定的DC-DC转换器环路。
该转换器可以根据输入电压的变化设置四个MOS开关管的开关状态而工作在升压或降压模式而提高效率。
另外，芯片的稳定性也是设计的难点之一。
本文基于运算跨导放大器补偿网络实现反馈回路的频率补偿，使整个环路有合适的相位裕度，并分析bode图，最后用cadence软件针对具体的电路进行仿真，并给出仿真结果。
【关键词】DC-DC;环路稳定;buck;boost1.引言在DC-DC转换器的设计中，电路的稳定性是系统设计中的一个难点，它必须在整个输入电压范围内或者输入发生变化时保持输出稳定。
本文针对buck/boost型DC-DC转换器设计了一个频率补偿方案，可以为相应的电路设计提供参考。
除了可以在电路的设计上采用一些较为传统的方式提高稳定性外，比如提高误差放大器的增益和基准电压、基准电流的精度，还可以增加环路补偿电路，来保证电压反馈环路的稳定。
本文主要通过对环路的两个部分分析，通过稳定条件，给出bode图，最后在给定参考值下用cadence软件仿真。
在电源电压由2.7V至5.5V变化时，输出电压的纹波满足设计要求，电路的稳定性非常好。
2.环路设计一个完整的buck/boost型DC-DC转换器应该包括基准电压产生电路、斜坡信号产生电路、误差放大器、逻辑和驱动电路等重要模块。
除此之外，还会包括过温保护、欠压锁定和软起动等保护电路。
文章则是通过对上述结构的转换器简化，将非线性结构线性化，分析其稳定性，并进行频率补偿。
控制环路结构简化图如图1所示，先分析buck模式下的稳定性，即当S3闭合S4断开，而和在每个周期中交替导通时。
图1 简化结构图下面分两个部分对上述结构讨论。
2.1 控制到输出这部分采用脉冲宽度调制（PWM），保持频率（150KHZ）不变，调节占空比（D）从而调节开关管的导通时间，控制输出电压。
电力电子课程设计 Buck变换器设计
电力电子技术课程设计 题 目 Buck变换器设计 学 院专 业年 级学 号姓 名同 组 人指 导 教 师成 绩年 月 日1 1 引言引言 ................................................................................................................... 1 2 PWM 控制 (1) (1) (2)3 3 开环控制回路开环控制回路 (5)................................................................................................................................... 5 ..................................................................................................................... 6 . (6)4 4 主电路主电路 (6) (7) (7) (8)5 5 闭环控制回路闭环控制回路 (8) (8) (9)6 6 总结总结 ................................................................................................................. 12 参考文献 . (14)Buck变换器设计1 引言目前，各种资料都显示，同步整流技术是近几年研究的热点，主要应用于低压大电流领域，其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。
采用一般的二极管续流，其导通电阻较大，应用在大电流场合时，损耗很大。
用导通电阻非常小的MOS管代替二极管，可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求[1]。
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计
基于BUCK电路电压模式的反馈环路设计引言：BUCK电路，又称降压电路，是一种常用的DC-DC转换器，可以实现将高电压降低到较低电压的功能。
在电压模式的反馈环路设计中，我们通过对输入电压和输出电压的反馈进行比较和调节，来实现稳定的输出电压。
本文将详细介绍基于BUCK电路的电压模式反馈环路设计的原理和实现。
一、BUCK电路及其工作原理BUCK电路由输入电压Vi、开关管、二极管和输出电压Vo组成。
开关管和二极管周期性地开关应用于电感上的电流，从而实现输入电压的变换和输出电压的降低。
BUCK电路的工作原理如下：1.当开关管开启时，输入电压经过电感传递到输出端，此时电感上产生磁场，存储着能量。
2.当开关管关闭时，存储在电感中的能量被释放，流过负载。
3.通过控制开关管的导通和关闭时间，可以实现对输出电压的调节。
二、电压模式反馈环路的设计原理电压模式反馈环路的设计旨在实现输出电压的稳定性。
其基本原理如下：1.采集输出电压信号：通过反馈电路，将输出端的电压信号转化为对应的电压。
这个电压与跟踪目标电压误差成正比。
2.误差放大器：将误差信号与一个参考电压进行比较，产生一个调节信号。
这个信号控制着开关管的开关时间。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据调节信号，通过调整开关管的导通时间和关闭时间，来控制输出电压的变化。
4.稳定输出电压：根据调节信号的调整，可以保持输出电压的稳定性，实现与输入电压的变化无关的电压输出。
三、BUCK电路电压模式反馈环路设计步骤1.设计输出电压参考电压产生模块：根据需要设计一个能产生参考电压的电路模块。
这个参考电压将用于与输出电压进行比较，产生误差信号。
2.设计误差放大器：误差放大器将输出电压与参考电压进行比较，并放大误差信号。
设计误差放大器的参数时，需要根据系统的要求和输入输出电压的范围来选择合适的参数。
3.设计脉宽调制器：脉宽调制器根据误差放大器的输出，通过调整开关管的开关时间，来实现输出电压的稳定。
buck-boost变换器设计
湖南工程学院课程设计课程名称电力电子技术课题名称Buck-Boost变化器设计专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师2013 年6 月28 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称电力电子技术课题Buck-Boost变换器设计专业班级学生姓名学号指导老师审批任务书下达日期2013年6 月17 日任务完成日期2013 年6 月28 日目录第一章概述 (1)第二章系统总体方案确定 (3)2.1 电路的总设计思路 (3)2.2 电路设计总框图 (3)第三章主电路设计 (5)3.1 Buck－Boost主电路的分析 (5)3.1.1 主电路原理分析 (5)3.1.2 主电路运行状态分析 (6)3.2 主电路参数的选择 (8)3.2.1 占空比α (8)3.2.2 电感L (9)3.2.3 电容C (10)第四章控制电路设计 (12)4.1 主控制芯片的详细说明 (12)4.1.1 SG3525 简介 (12)4.1.2 SG3525内部结构和工作特性 (12)4.2 控制单元电路设计 (16)4.3 检测及控制保护电路设计 (16)4.4 驱动电路设计 (17)4.5 Matalab的建模和参数设置 (18)总结 (22)参考文献 (24)附录1 (25)附录2 (26)附录3 (27)第一章概述《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。
其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学，为电气工程及其自动化专业开设的专业基础技术技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。
通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。
环路补偿参数设计_Buck
Compensator Design - Voltage-Mode Buck - CCMEnter parameters in shaded cells PCM1 Frequency Compensation ParametersVersion 0.2Vin (V)30Error AmplifierRevision date: 25 june 2018Vout (V)12Reference Voltage Vref (V) 1.25ModulatorLoad Current Iout (A)4Bottom Feedback Divider Rfbb (Ω) 2,256 D = 0.4000Switching Frequency Fsw (kHz) 100Top Feedback Divider Rfbt (Ω) 19,400Rout = 3.00Swtooth wave peak Vosc (V)1.25Target Loop Bandwidth Fc (kHz) 20.00Gdb=-25.2455Output Inductor L (μH)90.0Gp(°)=-156.6050Output Capacitor Cout (μF)336G = 18.292Output Capacitor ESR (mΩ)10.0穿越频率 (kHz)20.0046.00相位余量( ° )601.11781.3546Frequency Compensation Method Type ⅢR1(Ω)R2(Ω)R3(Ω)C1(F)C2(F)C3(F)19,400.023,509.7483.21.508E-106.056E-097.161E-09Crossover Frequency (kHz)20.42Phase Margin ( ° )59.70° Frequency (kHz) 10000.0Gain Margin (dB)100.2极点频率(kHz)fp=零点频率(kHz) fz=原极点频率(kHz) fp0=306090120150180-20020********1001,00010,000100,0001,000,000P h a s e (d e g )G a i n (d B )Frequency (Hz)Error Amplifier Gain/PhaseVout to Vcomp-90-60-300306090120150-60-40-20020406080100101001,00010,000100,0001,000,000P h a s e (d e g )G a i n (d B )Frequency (Hz)Control Loop Gain/Phase-180-150-120-90-60-300-60-40-2002040101001,00010,000100,0001,000,000P h a s e (d e g )G a i n (d B )Frequency (Hz)Modulator Gain/PhaseVcomp to VoutError Error Pmod1 Modulator Modulator Amplifier Amplifier Loop Loop Frequency Find Modulator Loop(10Hz) frequency frequency Gain Phase Gain Phase Gain Phase Increment Crossover Find 0°Phase Gain (Hz)(rad/sec)(dB)(deg)(dB)(deg)(dB)(deg)From Fsw Frequency Frequency(deg)(dB) 1.00E+00 6.28E+0027.60.062.690.190.290.160.01000000010000000#DIV/0!261.348473 1.02E+00 6.43E+0027.60.062.490.190.090.159.91000000010000000#DIV/0!260.948463 1.05E+00 6.58E+0027.60.062.290.189.890.159.81000000010000000#DIV/0!260.548452 1.07E+00 6.73E+0027.60.062.090.189.690.159.71000000010000000#DIV/0!260.148441 1.10E+00 6.89E+0027.60.061.890.189.490.159.61000000010000000#DIV/0!259.74843 1.12E+007.05E+0027.60.061.690.189.290.159.51000000010000000#DIV/0!259.348419 1.15E+007.21E+0027.60.061.490.189.090.159.41000000010000000#DIV/0!258.948407 1.17E+007.38E+0027.60.061.290.188.890.159.31000000010000000#DIV/0!258.548395 1.20E+007.55E+0027.60.061.090.188.690.159.21000000010000000#DIV/0!258.148383电压模式Buck 补偿. 25 june 2018.TI 设计工具的基础上做了一些修改.Buck 电压模式，后续将持续加入其它模型.K Factor 法更加灵活。
主板Buck变换器电压环补偿网络设计
主板Ｂｕｃｋ变换器电压环补偿网络设计作者：郭奉凯郑金吾来源：《电脑知识与技术·学术交流》2008年第18期摘要：电源技术属于电力电子技术的范畴，是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空等领域。
开关电源是整个电源技术中至关重要的部分，其中的PWM电源调整器的反馈补偿网络，是开关电源的重要研究课题，本文将针对PWM DC-DC Buck变换器电压环补偿网络设计做出了研究和应用举例。
关键词：开关电源；PWM；补偿网络；相位裕度；BUCKDesign Compensation Networks for Voltage Mode Buck RegulatorsGUO Feng-kai, ZHENG Jin-wu(College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum,Dongying 257061, China)Abstract: PWM synchronous and non-synchronous buck regulators are used in Motherboard circuit design which have three basic blocks that contribute to the closed loop system.As buck conwertor has LC double poles which cause the system unstable,a good compensation of the system will allow for a predictable bandwidth with unconditional stability. In motherboard ,Type II or Type III compensation network can properly compensate the ing the simulation software can get BODE plot which provide all the information of phase margin, bandwidth and system gain.Keywords: Switching power supply; PWM; Compensation net; Phase margin; BuckBuck型电压变化器是计算机主板电路中最主要的应用形式。
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Buck 变换器的环路设计
1．
功率级传递函数
R1
L1
Q1
buck 变换器功率级电路示意图
其传递函数为
1
)(1121+⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅=s C R ESR s C L s C ESR V V out out out i o 分子为一阶微分环节，有一个零点，其转折频率为
out
zero C ESR f ⋅=
π21
分母为二阶积分环节，
其阻尼系数1
2L C R out
=
ζ，其中ESR R R +=1
当1>ζ时，系统为过阻尼状态，有两个不同的极点。
当1=ζ时，系统为临界阻尼状态，有两个相同的极点。
当1<ζ时，系统为欠阻尼状态，有两个共轭的复数极点。
在DCDC 变换器中，为了获得较高的效率，会尽可能的减小R 的值，所以通常系统都是处在欠阻尼状态。
10210
3
10
4
10
5
20
10
210
3
10
4
10
5
典型的buck 变换器功率级幅频和相频特性曲线。
参数：Cout=100uF ，L1=2.2uH ，ESR=1m Ω,R1=10m Ω
在功率级的传函中，有一个由ESR 和Cout 构成的零点。
当ESR 比较小时，幅频曲线在转折频率后会以-40db/dec 衰减，相频曲线也会由0deg 急剧的下降为－180deg 。
在控制回路的环路补偿中就必须增加额外的相位超前补偿，否则不能满足要求的相位裕度。
当ESR 较大时，由ESR 和Cout 组成的零点会抵消到一个极点，控制回路中不需要额外的相位超前补偿，就能满足要求的相位裕度。
下图为ESR=100m Ω（其余参数相同）的幅频和相频特性曲线。
可以看出，其相位最低降到-100deg ，尚有80deg 的相位裕度。
102103
104
10
5
01010
210
310
4
10
5
2． PWM 控制级传递函数
在电压反馈系统中，PWM 控制器采用固定的三角波与反馈回来的电压比较，控制占空比。
三角波的周期为T ，上升段的时间为T 1，幅值为△V ，则，
T
T V V D K comp
PWM 1
1⋅∆=
=
3． 环路补偿
为获得比较高的稳态精度，系统总是要设计成为I 型系统，因为I 型系统的稳态误差为零。
这样就可以获得比较高的负载调整率和电压调整率。
这样就要在环路中引入一个积分环节，使系统的直流增益变为无穷大。
然而，由于积分环节的相位为－90deg ，所以，同时由减小了相位裕度，使带宽比较窄，或者系统变得不稳定。
所以一般的会采用PI 调节器，使系统保持高的稳态精度的同时，还能有一个比较好的动态响应。
典型的PI 调节器的电路如下图所示。
V
∆
C1
R2
其传递函数如下，
s
C R s C R V V i o ⋅⋅+⋅⋅=11121
典型的PI 调节器幅频、相频特性曲线。
参数值为R1＝1K ，R2＝5.1K ，C1＝0.01uF 其转折频率为
1
221
C R f ⋅⋅=
π
由功率极的传函可以看出，当ESR 比较小时，相位会滞后180deg 。
而单纯的PI 调节器没有相位补偿的功能。
而且还会造成一定程度的相位滞后。
所以需要增加相位超前补偿电路。
典型的相位超前补偿电路如下图所示。
虚线中的C1与R1＋R2会产生一个零点，C1与R2会产生一个零点。
两个转折频率分别是，
2
1221
R C f ⋅⋅=
π
这部分的传函为
1
1
)(1)(121211+⋅⋅+⋅⋅+=
s C R s C R R R s F
整个环路补偿电路的传函为
s
C R s C R s C R s C R R V V i o 212312121111)(+⋅+⋅⋅+⋅⋅+= 典型的幅频相频曲线如下图。
其中的参数R1=12.4k ，R2=1k, C1=2.2nF, R3=8k, C2=0.01uF 。
)
(21
2111R R C f +⋅⋅=
π
10210
3
10
4
10
5
05101520
2510
210
3
10
4
10
5
020
40
60
102103
104
10
5
010203010
210
3
10
4
10
5
50
buck 变换器的环路设计步骤。
1. 根据效率、纹波以及成本、加工工艺的要求，初步选定输出滤波电感和电容。
同时电容的ESR 和电感的DCR 都已知，根据MOSFET 的Rds （on ）还有PCB 的大小、形状、铜箔
厚度等可以估算出PCB 的导通电阻。
从而可以确定buck 变换器功率级的基本参数。
2. 根据输出滤波电感L 和电容C ，计算其复合极点频率。
LC
f o π21=
计算由ESR 引起的零点的频率
C
ESR f ⋅⋅=
π21
1
3. 初步确定带宽c f ，根据这两个频率点可以计算出整个环路的高频增益K 。
当1f <c f 时，)log(40)log(
20log 20011f f f f K c += 当1f ≥c f 时，)log(
40log 200
f f K c
= 4. 一般的分压电阻R1是通过要求的输出电压、电压基准以及模块的输出电压TRIM 特性获得的。
通过R1、Kpwm 和输入电压Vin ，可以计算出R3。
in pwm V K R R K ⋅⋅=
1
3
5. 计算C2，C2与R3构成一个零点，目的是增大低频段的增益，而又不对高频段的相位产生影响。
这个零点的转折频率为
2
321
2C R f ⋅⋅=
π
要使其不对整个环路的相位裕度产生影响，2f <
10
c
f ，但2f 取得过小，会降低整个环路的低频增益。
所以一般的取2f ＝
10
c
f 。
通过上式，可以算出C2的值。
6. 至此，整个环路上的参数已经基本上确定了。
可根据所得的参数绘制系统的幅频曲线和相频曲线，得到系统相位裕度和幅值裕度已经穿越频率。
当1f <c f 时，环路的幅值裕度和相位裕度基本上就能满足要求。
不需要再增加另外的补偿。
有时为了减小高频干扰，提高系统的稳定性（主要是提高其幅值裕度），会在C3的位置上加一个电容，使其转折频率3
321
5C R f ⋅⋅=
π满足c f <5f <<s f 。
取值的原则为尽量减小对
相位裕度的影响，同时又尽可能的提高环路的幅值裕度。
通常为这两个指标的折衷。
当系统的相位裕度较大，幅值裕度较小时，4f 宜取的小些，反之，宜取的大些。
当1f 大于于c f 时，相位裕度是满足不了系统要求的相位裕度的。
需要增加超前相位相位补偿。
抬高系统的相位裕度。
假设两个转折频率分别为3f 和4f ，超前补偿抬高的幅值为
)log(
1034f f ，补偿的相位为3
4log 45f f
（4f <203f ），相位最高点的频率为43f f ⋅，根据
抬高的幅值和需要补偿的相位，可以在系统环路的幅频和相频曲线上找到相位最高点
43f f ⋅，然后再通过式3
4
log
45f f ，计算出3f 和4f 。
相位超前补偿参数很难精确的计算出来。
可以通过上面的分析，大概计算出3f 和4f ，在通过软件进行微调。
经过相位超前补偿的环路带宽会增加，可以通过减小R3的值，同时保持R3×C2的值不变，来降低系统的带宽。
并可以保持相频曲线不变。
更简单的方法是使3f =0f (复合极点), 3
3421
C R f π=
（ESR 与输出电容C 引起的零点），这
样一定可以使系统相位裕度和幅值裕度满足要求，但同时也使系统的动态响应有所降低。
在对动态响应要求不苛刻的情况下，可以使用这种方法，简化环路的设计。