BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-20V10V

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Buck变换器双闭环控制仿真研究毕业论文

Buck 变换器双闭环控制仿真研究毕业论文目录第一章第一章绪论绪论................................... 1 1.1 课题研究背景课题研究背景课题研究背景 ................................. 1 1.2 课题发展现状课题发展现状课题发展现状 ................................. 1 1.3 本文研究内容及结构本文研究内容及结构本文研究内容及结构 ........................... ........................... 3 第二章第二章 Buck Buck变换器基本原理 ...................... 4 2.1 Buck 变换器工作原理变换器工作原理 ........................... 4 2.2 Buck 变换器工作模态分析变换器工作模态分析 ....................... 4 2.3 Buck 变换器外特性变换器外特性............................. 7 第三章第三章 Buck Buck 变换器主电路设计变换器主电路设计.................. 9 3.1 占空比D ....................................... 9 3.2 滤波电感Lf ................................... 9 3.3 滤波电容Cf .................................. 11 3.4 开关管Q...................................... 11 3.5 续流二极管D (12)第四章第四章 Buck Buck 变换器双闭环控制变换器双闭环控制 ................. 13 .. (13)4.1电路双闭环控制结构电路双闭环控制结构 (13)4.2 电流内环设计电流内环设计 ................................. 13 4.3 电压外环设计电压外环设计 (15)第五章第五章 Buck Buck 变换器闭环系统的仿真变换器闭环系统的仿真 ............. 21 . (21)5.1 开环开环Buck 电路的建模及仿真电路的建模及仿真 ................... ................... 21 5.2 闭环闭环Buck 电路的建模及仿真电路的建模及仿真 ................... ................... 2222 5.3 PI 控制方法的仿真控制方法的仿真 ............................ 2323 5.4 PID 控制方法的仿真控制方法的仿真........................... 25 第六章第六章总结与展望总结与展望............................ 25 参考文献参考文献........................................ 29 外文资料外文资料中文译文中文译文致谢致谢第一章第一章绪论绪论1.1 1.1 课题研究背景课题研究背景随着电子技术的快速发展，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系也日益密切。

基于Buck电路的双闭环控制系统设计的仿真研究

进行仿真，验证电压电流双闭环控制参数设计的可行性。
２．１求取平均量图１Ｂｕｃｋ电路结构拓扑
工作状态１：如图１所示，当功率开关管ｖ导通，二极管Ｄ截
１设计步骤
（１）对Ｂｕｃｋ电路的控制对象进行建模。（２）设计电压电流双闭环控制的补偿网络。
性、时变等特点，为此本文通过基本建模法对系统进行交流小信号分析，用该方法获得控制对象的传递函数，并利用补偿网络形成电压电流双闭环控制系统，通过ＭＡＴＬＡＢ对控制方法进行仿真，验证补偿网络参数设计的可行性。
【关键词】变换器；建模；交流小信号
至时，即在开关周期（０，ｄ）时间内，电感电压 “ （ｆ）和电容
电流ｆｃ（Ｏ分别是：
｜）＝工
（ｆ）
（ｆ）
（２－１）
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉＳｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｔｉｍｅ．ｖａｒｙｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ＩｎｔｈｉｓＰａＤｅｒ，ｗｅｃｎａｔｈｒｏｕｇｈｈｅｔｂａｓｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅ
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＷＯＲＬＤ・技术交流
基于Ｂｕｃｋ电路的双闭环控制系统设计的仿真研究

毕设-Buck变换器双闭环控制仿真研究PPT

开环Buck电路的建模及仿真
图1
开环Buck电路在MATLAB中模型
图1是开环Buck电路在Simulink中搭建的仿真模型，使用开关器件是MOSFET。
图2
输出电压波形
图3
输出电流波形
对于图2、图3仿真波形，显然不满足设计要求，在对滤波电感、电容进行调节时，可以发现这样的规律：电感越小，超调越大，越稳定；电容越小，超调越小，纹波越大。因此，需要在稳定度，超调量，纹波电压之间进行折衷，对电感、电容进行调节。因此需要对电路进行闭环调节，本设计采用PI和PID两种控制校正方式。
Lf
+
Cf
R Uo
-
-
Buck变换器可将不可控的直流输入变为可控的直流输出，广泛应用于可调直流开关电源及直流电机驱动中。其电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的。驱动信号Ub周期的控制功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压Uo等于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电出电压、电流波形知，各项指标都达到了较高的控制精度。
总结
虽然本文针对Buck变换器双闭环控制仿真研究进行了相关的理论分析和仿真研究，但由于本人水平及经验的限制，本次设计还有很多不到位的地方，值得我在今后的学习研究中去完善。
谢谢观看
图6
输出电流波形
PID控制方法的仿真设计
图7 加PID校正后仿真电路
本文采用凑试法确定PID调节参数，凑试法是通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID的调节参数。增大比例系数一般将加快系统的响应，这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。减小有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但对于干扰信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤。其具体步骤如下：首先整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差小到允许的范围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。当仅调节比例调节器参数，控制精度还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数为一个较小值，经第一步整定得到的比例系数会略为增大，然后增大积分常数，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复修改比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。应该指出，在整定中参数的选定不是惟一的。事实上，比例、积分和微分三部分作用是相互影响的。从应用角度来看，只要被控制过程的主要性能指标达到设计要求，那么比例、积分和微分参数也就确定了。最终得到的一组较理想的参数为 P=2.2，I=88，D=0.001。

Buck电路的设计与仿真

uck 电路的设计与仿真1、Buck 电路设计：设计一降压变换器，输入电压为 20V ，输出电压5V ，要求纹波电压为输出电压的0.5%，负载电阻10欧姆，求工作频率分别为10kHz 和50kHz 时所需的电感、电容。

比较说明不同开关频率下，无源器件的选择。

解：(1)工作频率为10kHz 时，A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为10kHz ; B 输入20V ，输出5V ，可确定占空比 Dc=25% ; C.根据如下公式选择电感这个值是电感电流连续与否的临界值，L>L c 则电感电流连续，实际电感值可选为1.1~1.2倍的临界电感，可选择为4 10»H ；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 C=^^T s2J =4.17 10 牛 8L^U 。

8 沃 4.5 沃 10 X0.0055 1 0000(2)工作频率为50kHz 时，A.主开关管可使用MOSFET ,开关频率为50kHz ; B 输入20V ，输出5V ，可确定占空比 Dc=25% ; C.根据如下公式选择电感.(1—DJR T (1 —0.25)汇10,.1L c(1 _DJR T2 s(1-0.25)1° 亠2 10000= 3.75 10* H5 (1-0.25) 0.75 10, H50000这个值是电感电流连续与否的临界值, L>Lc 则电感电流连续，实际电感值L c T s2可选为1.2倍的临界电感，可选择为0.9 10" H ；D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值分析：在其他条件不变的情况下，若开关频率提高 n 倍，则电感值减小为 1/n ，电容值也减小到1/n 。

从上面推导中也得出这个结论 2、Buck 电路仿真:利用sim power systems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。

输入电压为20V 的直流电压源，开关管选 MOSFET 模块（参数默认），用Pulse Gen erator 模块产生脉冲驱动开关管建模:分别做两种开关频率下的仿真工作频率为10kHz 时U o (1-D c ) 8L U oT s 25 (1-0.25)18 0.9 10J 0.005 5 500002= 0.833 10*Fmatlab20120510 «(1)使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。

BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 25V5V

课程设计说明书课程设计名称：电力电子题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 25V/5V指导教师：职称：讲师第一章课题背景 (1)1.1 BUCK电路的工作原理 (1)1.2 BUCK开关电源的应用 (4)第二章课题设计要求 (5)2.1课题内容： (5)第三章课题设计方案 (5)3.1主电路部分的设计 (5)3.2闭环系统的设计 (6)3.3闭环系统仿真 (10)第四章总结及心得体会 (12)第五章参考文献 (13)第六章附录 (13)第一章课题背景1.1 BUCK电路的工作原理BUCK电路基本结构如下图;图1-1 基本电路结构及开关导通时等效电路开关关断时等效电路图1-2 等效电路模型（1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。

（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有:电容上电压宏观上可以看作恒定。

电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。

（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。

这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。

（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。

Buck电路的闭环设计及仿真分析

Buck电路的闭环设计及仿真分析一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电源转换技术已成为现代电子设备不可或缺的一部分。

其中，Buck电路作为一种基本的直流-直流（DC-DC）转换器，因其结构简单、效率高、调节范围宽等优点，在电子设备中得到了广泛应用。

然而，为了确保Buck电路在各种环境和负载条件下的稳定性和高效性，闭环设计显得尤为重要。

本文旨在探讨Buck电路的闭环设计方法，并通过仿真分析验证设计的有效性。

文章首先简要介绍了Buck电路的基本原理和应用背景，然后重点阐述了闭环设计的重要性及常用方法。

在闭环设计部分，文章详细分析了反馈网络的选取、控制策略的制定以及功率级和控制级的协同工作等问题。

同时，结合具体的设计实例，阐述了闭环设计在实际应用中的具体实现过程。

为了验证设计的有效性，文章采用了仿真分析的方法。

通过搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对设计的Buck闭环电路进行了全面的仿真分析。

仿真结果证明了闭环设计的有效性，同时也为实际电路的制作和调试提供了重要参考。

文章对闭环设计的Buck电路进行了总结，并指出了未来研究方向和潜在的应用前景。

通过本文的研究，旨在为从事电源转换技术研究和应用的工程师和学者提供有益的参考和启示。

二、Buck电路的基本原理Buck电路，也称为降压转换器，是一种基本的直流-直流（DC-DC）转换电路，其主要功能是将较高的直流电压降低到所需的较低直流电压。

其名称来源于电路中开关元件（如MOSFET或晶体管）的操作，类似于"bucking"（减少或抑制）输入电压。

Buck电路的基本构成包括一个开关（通常是MOSFET），一个电感（或称为线圈），一个二极管（也称为整流器或续流二极管），以及一个输出电容器。

在开关打开时，电流通过电感从输入源流向输出，此时电感储存能量。

当开关关闭时，电感释放其储存的能量，通过二极管向输出电容器和负载供电。

Buck电路的工作原理基于电感的电压-电流关系。

Buck电路的设计与仿真闭环设计及仿真

• 分离稳态量：将扰动量代入基本状态变量方程，并将稳态与动态量分离：
v s V s v ˆ s ； d D d ˆ ； d ' D ' d ˆ ； x X x ˆ ； y Y y ˆ
dxˆ dt
Axˆbvˆs
[(A1
A2)X
(b1
b2)Vs]dˆ
(A1 A2)dˆxˆ(b1 b2)dˆvˆs
x ˆ(s)(sIA)1bv ˆs(s)(sIA)1[(A 1A 2)X(b1b2)Vs]d ˆ(s) y ˆ(s)CT(sIA)1bv ˆs(s) C (T b(1s Ib 2)A V )s ]1[ (A (C 11 T A 2 C )2 X T)X d ˆ(s)
稳态和低频小信号等效电路模型
Δ(s S )2ω Q0Sω02
QD' ω0
L
DR ' L
1 RD l C' RcC
Q1
1
ω1
1
L D'2 Re
q
RcC
ω0
D' LC
ω1
D' LC
Req Rc
ωZ
1 RcC
ωa
(D')2 L
RL
Req(DRl)'2 DD'Rc
变换器控制到输出的传递函数
v d ˆˆ0((s s ))(V DI)2'(1 (s sω /R 0 cC )2 )s (ω (1 /0 D Q s)2 'L R 1L)
fz 1/(2 R2C1)
2.5 43
3
36
4
28
设计步骤
6. 验证与调整：时域仿真与实验验证？。 7. 结论 8. 补偿器在低频处有一个极点，通过提高误差放大器的开环增益改善输出调节性能，并降低低

论文-Buck变换器双闭环控制仿真研究讲解

毕业设计（论文）说明书题目：Buck变换器双闭环控制仿真研究系名信息工程系专业自动化学号 6011XXXXXXX学生姓名 XXX指导教师 XXX2015年6月5日毕业设计（论文）任务书题目：Buck变换器双闭环控制仿真研究系名信息工程系专业自动化学号 6011XXXXXX学生姓名 XXX指导教师 XXX职称副教授2014年12月15日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。

）便携式电子产品的广泛应用，推动了开关电源技术的迅速发展。

因为开关电源具有体积小、重量轻以及功率密度和输出效率高等诸多优点，已经逐渐取代了传统的线性电源，随之成为电源芯片中的主流产品。

随着开关电源技术应用领域的扩大，对开关电源的要求也日益提高，高效率、高可靠性以及高功率密度成为趋势，这就对开关电源芯片设计提出了新的挑战。

其中对于非隔离的DC/DC开关电源，按照电路功能划分，有降压式（BUCK）、升压式（BOOST），还有升降压式（BUCK-BOOST）等。

其中品种最多，发展最快的当属降压式（BUCK）。

我国目前能源紧缺，而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业，因此我们在设计DC/DC开关电源产品时，转换效率必须作为一个重要的指标加以考虑。

尤其是随着采用3.6 V锂离子电池作为电源的消费类电子产品市场不断扩大，且功能和性能变得更多和更高，对适用于这类产品的BUCK变换器的性能提出了更高的要求。

因此研究BUCK变换器的控制具有重要的理论和现实意义。

二、参考文献[1] 丘涛文. 开关电源的发展及技术趋势[J]. 电力标准化与技术经济，2008，17(6)：58-60.[2] 张乃国. 一种脉冲频率调制型稳压电路的研究[J]. 电源世界，2007，10（4）：21-23.[3] 刘树林，输出本质安全型Buck-Boost DC-DC变换器的分析与设计，中国电机工程学报，2008，28(3): 60-65.[4] 马丽梅，Buck-boost DC-DC变换器的控制，河北工业大学学报，2008，37(4) :101-105.[5] 刘树林，Buck-Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析，电子学报，2007，20(5) :838-843.[6] 彭力，新型大功率升降压型DC-DC变换器控制研究,船电技术，1999，3(1) :26-28.[7] 钟久明，Buck-Boost变换器的本质安全特性分析及优化设计西安科技大学硕士学位论文 2006.[8] 高飞，蒋赢，赵小妹等，一种新型Buck-Boost变换器，电力电子技术2010 22(4):50-52.[9] Xu Jianping，Yu Juebang.Equivalent circuit model of switches for SPICE simulation.IEEElectronics，Letters，1988，V ol.24，No.7，437-438.[10] Xu Jianping，Yu Juebang，Zeng H.SPICE simulation of switched DC-DC convert.IEEEInternational Symposium on Circuits and Systems，1991，V ol.24，No.5，3032-3026. [11] 王海鹏，王立志，王卓. 基于1394的数据传输电路[J]. 现代电子技术，2009，32(21)：52-54.[12] 王久和. 电压型PWM整流器的非线性控制[M]. 第1版，北京: 机械工业出版社, 2008.[13] 师娅，唐威. 一种电流型PWM控制芯片的设计[J]. 微电子学与计算机，2007，24(8)：145-148.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。

BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 48V12V

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK 开关电源闭环控制的仿真研究- 48V/12V专业：电气工程及其自动化指导教师：职称：讲师课题名称BUCK 开关电源闭环控制的仿真研究-20V/8V 课题内容及指标要求课题内容：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目录第一章课题背景 (1)1.1BUCK电路的工作原理 (1)1.2 BUCK开关电源的应用 (2)第二章课题设计要求 (5)2.1 课题设计内容 (5)2.2 课题设计指标要求 (5)第三章课题设计方案 (6)3.1 系统的组成 (6)3.2主电路部分的设计 (7)3.3闭环系统的设计 (7)3.3.1开环原始传递函数的计算 (8)3.4双极点双零点补偿控制器的设计 (9)3.4.1 有源超前-滞后补偿网络 (9)3.4.2补偿器的传递函数 (9)3.4.2伯德图及相角裕量 (11)3.5闭环系统的仿真 (12)3.5.1传递函数 (12)3.5.2 仿真结果 (12)第四章总结及心得体会 (16)参考文献 (17)附录 (18)第一章课题背景1.1BUCK电路的工作原理降压电路的原理图如图1.1.1所示。

该电路使用一个全控器件S，图中为MOSFET。

图1.1中，为在S关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。

图1.1降压电路的原理图S导通时，等效电路图如图1.2所示，输入端电源通过开关管S及电感器L 对负载供电，并同时对电感器L充电。

Buck电路闭环控制器设计仿真

Buck 电路闭环控制器设计15121501 曾洋斌作业要求：1、建立Buck 电路的状态平均模型，设计系统闭环控制器；2、分析稳态误差产生原因，并提出改进措施，并进行仿真；3、完成作业报告。

4、Buck 电路参数：输入电压为20V ，输出电压5V ，负载电阻4欧姆，电感1×10-3H ，电容5×10-4F ，开关频率20kHz 。

一、Buck 电路的状态平均模型根据题目所给参数，容易计算得其占空比为25%，Buck 电路如图1所示：SVoV图1：Buck 电路根据状态空间平均法建模步骤如下： 1、列写状态方程、求平均变量设状态方程各项如下：[()()]T L o i t v t =x()s u v t = ()VD y i t =则有状态方程如下：x =Ax +BuT y =C x（1）列写[0，1S d T ]时间内的状态方程如图2所示，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态方程的系数矩阵如下所示：11011L CRC ⎛⎫-⎪=⎪ ⎪- ⎪⎝⎭A ，11[0]T L =B ，1[00]T =CSVoV图2：开关VT 导通状态（2）列写[1S d T ，S T ]时间内的状态方程如图3所示，根据KCL 、KVL 以及电感电容的特性可以得到状态方程的系数矩阵如下所示：21011L CRC ⎛⎫-⎪=⎪ ⎪- ⎪⎝⎭A ，2[00]T =B ，2[10]T =CSVoV图3：开关VT 关断状态因此，在[0，1S d T ]和[1S d T ，S T ]两个时间段内分别有如下两种状态方程：[0，1S d T ]： 11x x u =+A B ，1T y x =C [1S d T ，S T ]： 22x x u =+A B ，2T y x =C根据平均状态向量：()()1SSt T T tSx t x d T ττ+=⎰可得： ()()()()()()()()()112211SSSSSSS t dT t T T tt dT St dT t T tt dT Sx t x d x d T x u d x u d T ττττττττττ++++++=+=+++⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎰⎰⎰⎰A B A B又根据建模的低频假设和小纹波假设，可得到如下近似：()()ST x t x τ≈ ()()ST u t u τ≈将这两个近似式回代原方程得：''11211121()[()()]()[()()]()SSST T T x t d t d t x t d t d t u t =+++A A B B同理可得：'1121()[()()]()SST T T T y t d t d t x t =+C C因此有：X =AX +BU ，T Y =C X其中1112(1)d d =+-A A A ，1112(1)d d =+-ΒΒΒ，1112(1)T T T d d =+-C C C2、求解稳态方程及动态方程（1）求解稳态方程根据电感伏秒平衡以及电容电荷平衡，稳态时有0X =，令大写表示稳态值，即：11,,,x X y Y d D u U ====则有方程组⎧⎨⎩TAX +BU =0Y =C X解方程组得：-1X =-A BU T -1Y =-C A BU由前面求得的两个时间段状态方程系数矩阵得：1011L CRC ⎛⎫-⎪=⎪ ⎪- ⎪⎝⎭A ，1[0]T D L =B ，11[10]T D =-C以下令'111D D =-。

BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-28V15V

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 28V/15V课题名称BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-28V/15V课题内容及指标要求课题内容：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指标要求：1、输入直流电压(V IN)：28V，输出电压(V O)：15V，输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV2、负载电阻：R=3Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=100kHz目录一、引言 (1)二、课题简介 (1)2.1 BUCK变换器PID控制的参数设计 (1)2.2 BUCK电路的工作原理 (1)2.3 BUCK开关电源的应用 (3)三、课题设计要求 (3)3.1 课题内容 (3)3.2 参数要求 (4)四、课题设计方案 (4)4.1 系统的组成： (4)4.2 主电路部分的设计 (5)4.3 闭环系统的设计 (6)4.4 闭环系统仿真 (10)五、总结及心得体会 (13)六、参考文献 (13)七、附录 (14)一、引言随着电力电子技术的快速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。

电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。

开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。

伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压、大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。

开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。

电力电子技术课程设计-BUCK开关电源闭环控制的仿真研究--20V8V

课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 20V/8V2016年6月指导教师：职称：讲师目录一、课题背景 (1)1.1课题的意义 (1)1.2 BUCK电路的工作原理 (1)1.3 BUCK开关电源的应用 (2)二、课题设计要求 (3)三、课题设计方案 (4)3.1系统的组成 (4)3.2主电路部分的设计 (4)3.2.1 占空比D的计算 (4)3.2.2滤波电容C的计算 (4)3.2.3滤波电感L的计算 (4)3.3 BUCK变换器闭环PID控制的参数设计 (5)3.3.1 反馈回路的设计 (5)3.3.2 闭环回路的设计 (5)3.3.3传递函数的分析 (6)3.4 BUCK变换器原始回路传函G0(s)的计算 (6)3.5 补偿环节的设计 (7)四、BUCK变换器闭环系统的仿真 (10)4.1 Buck变换器闭环仿真电路图 (10)4.2 Buck变换器的闭环仿真结果分析 (13)五、总结及心得体会 (14)六、参考文献 (14)七、附录 (14)一、课题背景 1.1课题的意义电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。

开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。

伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。

电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。

开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。

直流斩波电路（DC Chopper ）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter ）。

直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk 斩波电路，Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路。

MATLAB仿真 Buck电路的设计与仿真

MATLAB仿真技术作业题目：Buck电路的设计与仿真1、Buck电路设计：设计一降压变换器，输入电压为20V，输出电压5V，要求纹波电压为输出电压的0.5％，负载电阻10欧姆，求工作频率分别为10kHz和50kHz时所需的电感、电容。

实验电路图：Iob=10V/10R=1A10kHz :L=1.875mH C=10mF D=25%电压波形实际值：稳态电压：V0=9.375V 稳态直流纹波电压△V0=38mV理论值：稳态电压：V0=10V 稳态直流纹波电压△V0=50mV误差：V0误差=(10-9.375)/10=6.25%△V0误差=(50-38)/50=24%电流波形实际电流波动值：△I=0.407A理论电流波动值：△I=0.4A误差率=（0.4-0.407）/0.4=-1.75%D=50% 稳态直流电压V0=19.5V 改变L=0.1875mH D=25%电感电流波形直流电压波形稳态直流电压值V0=13.05V 误差率=(13.05-10)/10=30.5%与同一占空比下电流连续时的直流电压值进行比较误差=(13.05-9.375)=3.675V 稳态直流纹波电压△V0=0.5V理论稳态直流纹波电压△V0=0.005V误差=0.5-0.005=0.495V50kHz :L=2.5mH C=5uF D=25% Lmin=75uH直流电压波形实际值：稳态电压：V0=9.375V 稳态直流纹波电压△V0=0.024V理论值：稳态电压：V0=10V 稳态直流纹波电压△V0=0.05V误差：V0误差率=(10-9.375)/10=6.25%△V0误差率=（0.05-0.024）/0.05=52%电流波形实际电流波动值：△I=0.062A理论电流波动值：△I=0.06A误差率=(0.062-0.06)/0.06=3.33%D=50% 稳态直流电压V0=19.508V电压波形。

BUCK闭环控制器设计

电力电子系统仿真技术作业二Buck 电路闭环控制器设计一、BUCK 电路状态平均模型：(1)当开关管S 导通，二极管VD 关断时，列写状态方程：)(1)(1)(t v L t v L dt t di s o L +-= )(1)(1)(t v RCt i C dt t dv o L o -=矩阵形式xC y u B x A x T 111ˆ=+=，其中：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=RC CL A 11101 ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=011L B (2)当S 关断，VD 导通时：)(1)(t v L dt t di o L -= )(1)(1)(t v RCt i C dt t dv o L o -=矩阵形式：xC y u B x A xT 222ˆ=+=，其中：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=RC CL A 11102 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=002B用积分法求平均状态变量为：TsTs Ts Ts Ts t u L t d t x RC C L t u B t x A t x )(0)()(1110)()()(ˆ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=+=稳态时：0ˆ=x ，BU A 1-x -=,得：RDUI L =, DU V O =动态时：]ˆ)(ˆ)[(ˆ])()[(ˆˆˆˆ21212121u B B x A A d U B B X A A d u B x A BU AX x X -+-+-+-++=+=+ 去除稳态量，并忽略扰动量得：]ˆ)(ˆ)[(ˆˆˆˆ2121u B B x A A d u B x A BU AX x -+-++=+= 做拉氏变换得：]ˆ)(ˆ))[((ˆ)(ˆ)(ˆ)(ˆ2121u B B x A A s d s u B s x A s x s -+-++=将上面的A ，B 带入可以得到传递函数：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++-==R LRC sL RUs SRL RC L L s RUs s u s x s u 222220)(ˆs s |)(ˆ)(ˆ ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++-==R LRC sL RD SRL RC L L s RD s d s xs d 222220)(ˆs s |)(ˆ)(ˆ可以得到控制—输出传递函数为：LCs RL s Uss G vd 21)(++=二、系统闭环控制器设计设参考电压为5v ，载波电压幅值为10v ，计算可以得到： H=1，D=0.25，V C =2.5. 控制-输出开环传递函数： LCs RL s D V sG vd 211)(++=Hz LCf 225210==πdB LCRQ 03.983.20=== （1）加补偿器前，系统开环传递函数为： 200)(11)(ωωsQ s T s T u ++=2m0==DV HVT u 画出该传递函数的伯德图：可以看到，交越频率为384Hz,相角裕度为17.7°.开关频率为20kHz,设计穿越频率为1kHz.补偿前，1kHz 环路增益约为-19.5dB ，相角裕度为-5°. 设计超前补偿网络时，选择相角裕量为55°.kHz kHz f p 17.355sin -155sin 1)1(=+=︒︒kHz kHz f z 32.055sin 155sin 1)1(=+-=︒︒为了在1kHz 补偿环路增益约为-19.5dB ，调节器的低频增益为： dB f f T f f G pzu c c 93.914.31)(0200=== （2）采用PD 控制器时：11031013.51051.228.61012.3))(1)(1()1()(427311320000+⨯+⨯+⨯+⨯=++++=----s s s s s Q sssT G s T pzu u ωωωω可以看出，加PD 补偿器后，交越频率为1kHz ，相角裕度为59.3°.闭环控制器simulink 仿真：调节器：11002.514.31056.111)(530+⨯+⨯=++=--s s s sG s G pzc c ωω 仿真模型:仿真结果：输出电压稳定在4.31V .三、误差产生的原因因为参考电压选取5V ，得到的H(s)=1,所以系统为单位反馈控制系统，则开环传递函数T(s)为0型系统，开环增益K=2*3.14=6.28 ，稳态误差：V KRe ss 687.01)(=+=∞,与上面的仿真结果相符。

Buck电路闭环控制策略研究

Buck电路闭环控制策略研究————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：编号南京航空航天大学电气工程综合设计报告题目Buck电路闭环控制策略研究学生姓名班级学号成绩张潼0311205 031120505杨岚0311205 031120508何晓微0311201 031120110龚斌0311206 031120631李博0311205 031020519学院自动化学院专业电气工程及其自动化指导教师毛玲二〇一五年一月Buck电路闭环控制策略研究摘要首先，本文对Buck电路的3种闭环控制策略进行了原理分析，比较，并对Buck主功率级电路进行了原理分析和建模，最后完成主电路的参数设计。

其次，本文详细阐述了V2控制工作原理，推导V2控制环的传递函数，并且建立小信号模型，对控制器进行优化设计。

最后使用SABER2007对BUCK电路的V2控制电路进行了时域频域仿真。

关键词：Buck电路，V2控制目录摘要 (i)Abstract ......................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章概述......................................................................................................................... - 1 - 第二章Buck变换器控制方法简介………………………………………………………2.1电压型控制………………………………………………………………………………. 2.2电流型控制………………………………………………………………………………2.3 V2控制……………………………………………………………………………………第三章Buck变换器原理分析及建模……………………………………………………. 3.1 Buck 变换器传递函数………………………………………………………………….3.2Buck电路的边界条件……………………………………………………………………3.3主功率电路的参数设计………………………………………………………………..第四章V2控制电路分析及设计………………………………………………………..4.1V2控制原理分析4.2 V2控制的buck变换器小信号模型4.3V2控制器优化设计第五章电路仿真…………………………………………………………………………5.1V2控制策略频域仿真5.2时域仿真电路和仿真波形第一章概述1.1课题背景随着CPU运算速度和工作频率的成倍提高，低电压，大电流，小电压容差使微处理器对其供电电源及电源管理系统的要求越来越高。

BUCK电路工作机理与控制的仿真研究

BUCK电路工作机理与控制的仿真研究发表时间：2019-03-14T11:37:33.627Z 来源：《河南电力》2018年18期作者：居静瑶[导读] 并且对于不同条件下的仿真结果进行了重要控制性能指标，如超调量、相应时间及稳态误差等的分析和讨论。

（国网江苏省电力有限公司检修分公司江苏 211100）摘要：本文主要设计了BUCK电路设计及其闭环控制。

论文详细阐述了BUCK电路的工作原理和电路控制系统设计，并提出了最终的电路控制系统设计方案，对于所设计的BUCK电路及其控制系统，应用Matlab中Simulink软件，进行了系统建模及仿真，仿真涉及了电流控制及电压控制两个方面。

并且对于不同条件下的仿真结果进行了重要控制性能指标，如超调量、相应时间及稳态误差等的分析和讨论。

关键词：BUCK电路；Matlab仿真；闭环控制1.1 BUCK电路的组成与工作原理BUCK电路作为开关电源电路的一种，同样得到了广泛应用与飞速发展。

BUCK电路比直流电压变换电路的优势在于其输出电压的平均值低于输入。

其输入输出电压之比等于开关器件的占空比。

为了实现硬开关或者软开关，并且优化直流变换电路，使其损耗降低，动态性能更佳，电磁干扰减小，功率器件的性能正逐渐改善。

控制技术的发展与成熟促进了直流变换技术的快速发展。

2.1 Matlab中BUCK电路及其控制系统的搭建随着计算机技术的发展，计算机软件为普通科研人员进行电力系统仿真奠定了坚实的基础。

Mathworks公司推出的基于Matlab 平台的Simulink 是动态系统仿真领域中广为应用的仿真集成工具之一，它在各个领域得到广泛的应用[2]。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一。

Simulink主要的功能是为动态系统提供一个集成环境，用户可以在这个集成环境内惊醒建模、仿真和综合分析。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI）。

BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-30V10V

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- V/ V2016年6月电力电子课程设计任务书二级学院：电气与光电工程学院班级： 13电二组号： 8# 专业：电气工程及其自动化指导教师：职称讲师目录一、Buck电路工作原理 (4)二、Buck开关电源的应用 (5)三、课程目的及设计要求 (6)3.1 电力电子设计目的 (6)3.2 电力电子设计要求 (6)四、课程设计方案 (7)4.1 Buck 闭环系统框图 ............................................................................................................ 7 4.2 主电路设计以及参数运算 ................................................................................................ 7 4.3 开环Buck 电路仿真 .......................................................................................................... 9 五、闭环系统的设计 (10)5.1 闭环系统结构图 (10)5.2 Buck 变换器原始回路传递函数()S G O 的计算 .............................................................. 11 5.3 补偿器的传递函数()S G C 设计及仿真 .......................................................................... 12 5.4 闭环系统电路仿真 .......................................................................................................... 14 六、心得体会 ................................................................................................................................. 15 七、参考文献 ................................................................................................................................. 16 八、附录.. (16)一、Buck电路工作原理降压式变换电路（Buck电路）详解Buck电路基本结构如图1图1开关导通时等效电路开关关断时等效电路如图2二、Buck开关电源的应用现代电子系统设计都需要一个恒定输出的供电电源，无论输入电压还是负载电流发生变化，只要这些变化在稳压源的运行范围内，稳压源都要保证电路有恒定的连续的电压输出。

数字式Buck变换器设计方案与仿真

数字式Buck变换器的设计与仿真目录1 Buck变换器技术 .......................................................................................................................... - 1 -1.1 Buck变换器基本工作原理 ................................................................................................. - 1 -1.2 Buck变换器工作模态分析 ................................................................................................. - 2 -1.3 Buck变化器外特性 ............................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计................................................................................................................... - 5 -2.1 Buck变换器性能指标......................................................................................................... - 5 -2.2 Buck变换器主电路设计..................................................................................................... - 5 -2.2.1 占空比D .................................................................................................................. - 5 -2.2.2 滤波电感Lf.............................................................................................................. - 5 -2.2.3 滤波电容Cf ............................................................................................................. - 5 -2.2.4 开关管Q的选取...................................................................................................... - 6 -2.2.5 续流二极管D的选取 .............................................................................................. - 6 -3 Buck变换器闭环控制的参数设计................................................................................................. - 6 -3.1 闭环控制原理..................................................................................................................... - 6 -3.2 Buck变换器的闭环电路参数设计 ...................................................................................... - 7 -3.2.1 Gvd(s)的传递函数分析 ............................................................................................ - 7 -3.2.2 补偿环节Gc(s)的设计........................................................................................... - 10 -3.2.3 补偿环节参数设计................................................................................................. - 12 -4 Buck变换器闭环仿真................................................................................................................. - 16 -4.1 Buck变换器闭环仿真参数及指标 .................................................................................... - 16 -4.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图 .................................................................................... - 17 -4.3 Buck变换器的闭环仿真结果与分析................................................................................. - 17 -1 Buck变换器技术1.1 Buck变换器基本工作原理Buck电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的，其电路如图1.1。