2.2 BUCK电路控制与设计实例

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Buck电路闭环控制器设计仿真

Buck电路闭环控制器设计仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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：SV VTR VDi VDCLV oV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 =CSV VTR VDi VDCLV oV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 =C SV VTR VDi VDCLV oV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电路实例 -回复

buck电路实例-回复什么是buck电路？buck电路是一种降压型直流-直流（DC-DC）电路，常用于将较高电压降低为较低电压。

它是一种开关电源设计，其主要组成部分包括输入导体、开关元件、电感、电容和负载。

步骤一：电路原理buck电路的基本原理是通过周期性切换的开关元件来控制电感储能和释放，从而降低输入电压，并在电容上提供稳定的直流输出电压。

当开关元件导通时，电感储能，当其断开时，电感释放能量。

通过调节开关元件的通断频率和占空比，可以控制输出电压的大小。

步骤二：电路设计在设计buck电路时，以下几个要素需要考虑：1. 输入电压（Vin）：输入电压是buck电路的工作基准。

根据负载的要求和输入电压的范围，选择合适的输入电压。

2. 输出电压（Vout）：输出电压是通过调整开关元件的占空比来实现的。

根据应用需求，选择合适的输出电压。

3. 输出电流（Iout）：输出电流是buck电路能够提供给负载的最大电流。

它取决于负载的需求以及电路的设计能力。

4. 开关频率（fsw）和占空比（Duty Cycle）：开关频率和占空比决定了开关元件的工作周期和导通时间。

合适的开关频率和占空比可以提高电路的效率和稳定性。

5. 电感和电容选择：电感和电容的选择取决于输入电压范围、输出电压范围和输出电流需求。

合适的电感和电容可以提供稳定的输出电压。

步骤三：buck电路实例现在，我们将通过一个具体的实例来详细讲解buck电路的设计过程。

假设我们需要设计一个输出电压为5V的buck电路，输入电压范围为12V-24V，输出电流需求为2A。

为了方便说明，我们选择一个典型的buck 电路芯片LM2596作为参考。

首先，根据输出电压要求，选择合适的调整电阻和反馈电阻，以便调整开关元件的占空比，使输出电压为5V。

然后，根据输入电压范围和输出电流需求，选择合适的电感和电容。

一般来说，电感的选择应该能够满足最大负载电流的要求，并且电容应该足够大，以提供稳定的输出电压。

Buck电路的原理分析和参数设计

Buck电路的原理分析和参数设计连续工作状态一Buck工作原理将快速通断的晶体管置于输入与输出之间，通过调节通断比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。

该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。

Q导通：输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电。

电感相当于一个恒流源，起传递能量作用电容相当于恒压源，在电路里起到滤波的作用Q闭合:电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。

导通时Q的电流闭合时C的电流L的电流和输出电流的关系。

输出电压与输入电压的关系（不考虑损耗）二 buck 的应用Buck 为降压开关电路，具有效率高，体积小，功率密度高的特点1．Buck 的效率Buck 的损耗：1.交流开关损耗 2.管子导通损耗3.电感电容等效电阻损耗Buck 的效率很高，一般可以达到60%以上，2．Buck 的开关频率频率越高，功率密度越大，但也同时带来了开关损耗。

在25~50KHZ 范围内buck 的体积可随频率的增大而减小。

三．参数的设计1．电感的参数电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。

在临界不连续工作状态时 2120I I I -=ON OI T I V V L 20-=' ON I T LV V I I 012-=- 所以L L '≥ L 越大，进入不连续状态时的电流就越小2．电容的参数电容的选择必须满足输出纹波的要求。

电容纹波的产生：1. 电容产生的纹波：相对很小，可以忽略不计2. 电容等效电感产生的纹波：在300KHZ~500KHZ 以下可以忽略不计3. 电容等效电阻产生的纹波：与esr 和流过电容电流成正比。

为了减小纹波，就要让esr 尽量的小。

不连续工作状态（1）开关管Q 导通，电感电流由零增加到最大（2）开关管Q 关断，二极管D 续流，电感电流从最大降到零；（3）开关管Q 和二极管D 都关断（截止），在此期间电感电流保持为零，负载由输出滤波电容来供电。

buck电路闭环控制设计

buck电路闭环控制设计
Buck电路闭环控制设计
一、Buck电路概述
Buck电路是电力电子器件中常用的一种可以将和原始电压改变大小的方案，广泛应用于电池的充电、稳压电源，消费电子器件和dc/dc转换等领域。

Buck电路主要由开关管、滤波电容、负载、调整元件、传感元件等组成，实现的过程是开关管按照输出电压的需求在吸收和放电电容或负载的过程中，从而从电源端获取能量并将其输送给负载进行稳定的能量转换。

二、设计
Buck电路闭环控制是一种使用控制器对Buck电路实现电压闭环控制的技术。

首先，Buck电路闭环控制设计过程中可以采用不同的电压控制方式，如恒定输出电压、恒定频率和双极性调节等。

其次，在Buck电路闭环控制设计中，需要考虑的参数有控制器电压输入电压，控制器电流输入电压，开关管电流输出电压，负载电流输出电压，滤波电容，传感器和控制器参数等。

最后，在设计中，可以采用多种电路和参数，如二极管，FET，MOSFET，IGBT，和智能控制器等，以及作为输入的检测校准元件。

此外，设计过程中还需要考虑电路谐振的干扰，可根据电路中的核心元件参数以及电感和电容参数等来确定其频率范围，并给出修正措施，如选用高频滤波器和低频滤波器，以实现有效的降噪和抗干扰能力。

总之，在Buck电路闭环控制设计中，需要考虑的参数较多，在实际设计中，需要仔细计算各参数的关系，并结合多种元件来确定最优的调节方式，以达到最佳的控制效果。

Buck电路平均电流双闭环控制

3）滤波电容设计
由C
duc dt
ic 可知， 2Vo
1 C
1 Ts 22
IL ，代入数值得 C 20.83uF ，考虑到
电容的等效串联电阻， RESR 0.01 。
三 Buck 变换器控制器参数设计
3.1 电路双闭环控制结构
整个系统的双闭环控制结构图如图 3-1。
图 3-1 系统总控制框图
Bode Diagram Gm = -Inf dB (at 0 rad/sec) , Pm = 28.3 deg (at 1.01e+006 rad/sec) 150
100
Magnitude (dB)
50
0
-50 -120
Phase (deg)
-150
-180
3
4
5
6
7
10
10
10
10
10
Frequency (rad/sec)
10
10
10
10
10
Frequency (rad/sec)
图 3-11 系统总的开环传函
Phase (deg)
四 Buck 变换器 Saber 仿真 4.1 电流环电流跟踪仿真
下图为加入了电流闭环的 Buck 电路，通过给定脉冲基准电流，观察电感电流跟踪情况。
图 4-1 电流内环跟踪仿真原理图
图 4-2 电流环仿真输出电压和电感电流波形
kv
(
s wz
2
s2( s
1)( s wz3
1)( s
1) 1)
，
wp2
wp3
零点 wz2、wz3 由 wz1 大致确定， wp2、wp3 受到 wA 限制。具体参数需要通过 Saber 仿真，观察输出电压和电感电流波形找到满足电路输出要求的参数。在这里，取 wz2 1000 rad / s, wz3 1200 rad / s ， wp2 wp3 65000 rad / s ，kv 3.3106 。作出该补偿网络的幅频与相频特性曲线图。

(完整版)Buck-Boost电路设计.doc

500W Buck/Boost 电路设计与仿真验证一、主电路拓扑与控制方式Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与 Buck 或 Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。

与 Buck 和 Boost 电路不同的是，电感L f 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。

开关管也采用 PWM 控制方式。

Buck/Boost 变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。

图 1-2 是电感电流连续时的主要波形。

图1-3 是 Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。

电感电流连续工作时，有两种工作模态，图 1-3(a)的开关管 Q 导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管 Q 关断、 D 续流时的工作模态。

QD LDR+-V in L fC fV o+-+图 1-1 主电路V bet onT ti LFi LfmaxI LFi Lfminti Qi Lfmaxi Lfminti DiLfmaxi LfmintV LfV inV ot图 1-2 电感电流连续工作波形QDR LDQDR LD+-+-C fC f V inL fi LfL f+V o V in i Lf+V o-+-+(a) Q 导通(b) Q 关断， D 续流图 1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。

在开关模态 1[0~t on]：t=0 时， Q 导通，电源电压V in加载电感 L f上，电感电流线性增长，二极管 D 戒指，负载电流由电容 C f提供：di L fL f dt Vin (2-1)I o V o(2-2) R LDC f dV o I o (2-3)dtt=t on时，电感电流增加到最大值i L max，Q关断。

四开关buck-boost变换器的控制电路及控制方法与流程

四开关buck-boost变换器的控制电路及控制方法与流程1. 引言1.1 概述本文旨在探究四开关buck-boost变换器的控制电路及其相应的控制方法与流程。

随着能源需求的增加以及对能源转换效率的要求不断提高，四开关buck-boost变换器作为一种常用的电力转换装置，在工业和研究领域中得到广泛应用。

通过调整输入和输出电压，该变换器可以实现有效而精确的能量转移。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分。

引言部分将介绍文章的目的、概述以及文章结构。

之后，第二部分将详细介绍四开关buck-boost变换器的原理，并讨论设计该变换器控制电路时需要考虑的要点。

接着，第三部分将说明控制电路的具体步骤与流程，包括输入电压检测与控制、输出电压调节与控制以及开关管导通和断开策略。

第四部分将描述实验装置并介绍控制电路实验过程，并对实验结果进行详细分析和讨论。

最后，在第五部分中我们将总结文章，并展望未来进一步研究这一领域所可能取得的成果。

1.3 目的本文的目的是为了深入研究四开关buck-boost变换器，探讨其控制电路的设计要点与方法，并提供一个完整的控制流程。

通过实验验证和结果分析，我们希望能够验证本文提出的控制方法在实际应用中的有效性，并为今后相似研究提供参考和指导。

同时，本文也对未来这一领域可进行的进一步研究做出展望，以推动相关技术和理论的发展。

以上是“1. 引言”部分内容，请核对。

2. 四开关buck-boost变换器的控制电路与方法：2.1 原理介绍：四开关buck-boost变换器是一种常用的DC-DC变换器拓扑结构，它具有较高的转换效率和宽范围的输入输出电压能力。

该变换器能够实现输入电压向输出电压的降压和升压功能，并且能够在负载或输入电压波动时保持相对稳定的输出。

2.2 控制电路设计要点：在设计四开关buck-boost变换器的控制电路时，需要考虑以下几个要点：首先是输入输出电压范围：根据应用需求确定所需的输入和输出电压范围，以此来选择合适的元件参数。

BUCK电路方案设计

项目2项目名称基于PWM控制Buck变换器设计一、目的1．熟悉Buck变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。

2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理，3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。

二、内容设计基于PWM控制的Buck变换器，指标参数如下：⏹输入电压：9V～12V；⏹输出电压：5V，纹波<1%；⏹输出功率：10W⏹开关频率：40kHz⏹具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。

⏹具有软启动功能。

⏹进行Buck变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试。

三、实验仪器设备1. 示波器2. 稳压电源3. 电烙铁4. PC817隔离5. 计算机6. PWM控制芯片SG35257. IRF540_MOSFET 8. MUR1560快恢复整流二极管9. 74HC74N_D触发器 10. LM358放大器11. 万用表 12. 电容、电感、电阻四、研究内容（一）方案设计基于PWM控制的Buck变换器主要由五部分构成，功率主电路、PWM发生电路、MOSFET驱动电路、隔离电路和保护电路组成。

Buck变换器的基本控制思路框图如图1.1所示，总体电路图如图1.2所示。

图1.1 Buck变换器控制框图图1.2 总体电路图1、功率主电路图1.3 功率主电路功率主电路图如图1.3所示，在功率管导通时电管L 上电压为（Vd-Vo)，当功率管关断时时电管L 上电压为(-Vo),由于一个周期之内电感两端电压的积分为0，从而得到：D T t V V son o ==d 从而通过控制占空比D 就可以控制使Vd 从9V 到12V 变化时输出电压Vo 保持在5V[1]。

输入电压Vd=9至12V ，输出电压Vo=5V ，电压纹波△Vo/Vo<1％，输出功率P=10W ，开关频率s f =40kHz参数设定：H C F L V V L D T C H L H D I V T L V V D ms ms f T I V R A A V P I H L D o o D Bo do s B o o B μμμμμ2207610*55.48)1(60__23.18)1(2556.0417.0025.040115.2252510609417.0s 417.0o s s o o 2为选取为选取ΩΩ=-==≈≈∆-=≈-=→===========开关管选择TRF540_MOSFET ，在其栅源级之间加上一定电压MOSFET 导通，当所加压小于导通电压MOSFET 关断；二极管选择MUR1560快恢复整流二极管（NFE516U1560），2.5Ω电阻负载由滑动变阻器提供。

buck电路参数计算实例

buck电路参数计算实例Buck电路是一种常见的降压型DC-DC转换器，广泛应用于电源管理系统中。

在设计和计算buck电路时，我们需要考虑各种参数和指标，以确保其正常工作和性能优越。

本文将以一个实际的buck 电路参数计算例子为基础，介绍如何进行参数计算和设计。

1. 输入电压（Vin）和输出电压（Vout）：在这个例子中，我们假设输入电压为12V，输出电压为5V。

这是一个常见的应用场景，如手机充电器或电子设备的电源。

2. 输出电流（Iout）：我们需要根据实际需求确定所需的输出电流。

假设在这个例子中，我们需要一个最大输出电流为2A的buck电路。

3. 电感（L）：电感是buck电路中的重要元件，用于储存和释放能量。

根据设计要求和电路参数，我们可以计算出所需的电感值。

电感值的计算公式为L = (Vin - Vout) * (1 - D) / (f * ΔI)，其中D为占空比，f为开关频率，ΔI为电感电流波动范围。

4. 电容（C）：电容也是buck电路中的重要元件，用于平滑输出电压。

根据设计要求和电路参数，我们可以计算出所需的电容值。

电容值的计算公式为C = ΔI / (8 * f * Vr)，其中ΔI为电感电流波动范围，f为开关频率，Vr为输出电压波动范围。

5. 开关频率（f）：开关频率是buck电路的一个重要参数，它决定了电路的响应速度和效率。

通常，开关频率越高，电路越稳定，但也会增加开关器件的损耗。

在这个例子中，我们假设开关频率为100kHz。

6. 占空比（D）：占空比是buck电路中的一个重要参数，它表示开关管导通时间与周期时间的比值。

占空比的计算公式为D = Vout / Vin。

在这个例子中，我们假设占空比为0.42。

7. 电感电流波动范围（ΔI）：电感电流波动范围是buck电路中的一个重要参数，它表示电感电流的最大和最小值之间的差值。

根据设计要求和电路参数，我们可以计算出所需的电感电流波动范围。

BUCK电路的毕业设计

BUCK电路的毕业设计BUCK闭环PID控制电路实验名称BUCK电路闭环PID设计及实验结果分析主要内容⼀．根据设计要求，进⾏PID补偿⽹络⼀．观察额定负载下的输出波形⼆．对观察出的波形进⾏分析指标（⽬标）要求1.输出电压：7.5V2.输⼊电压为10V. 且在输出电压⼀定的情况下，输⼊电压能尽可能⼤的范围内变化。

3.输出电流：连续但不能超过2.5A4.输出电压纹波峰峰值Vpp<=50mv5.开关频率：2KHZ⼀．BUCK变换器的⼯作原理降压式（buck）变换器是⼀种输出电压等于或⼩于输⼊电压的单管⾮隔离直流变换器。

图1.1给出了它的电路图。

Buck变换器的主要电路由开关管T，⼆极管D，输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。

这种电路，电源是电压源性质，负载是电流源性质。

电路完成把直流电压Us转换为较低的直流电压U0的功能。

若晶体管导通时忽略饱和压降，截⽌时忽略晶体管的漏电流，电路的主要⼯作波形如图1.2所⽰：⼆．BUCK电路主要电路参数设计1.占空⽐根据BUCK变换器的性能指标要求及BUCK变换器输⼊输出电压间的关系求出占空⽐：Dc=U0 / Ui =3/42.电感L=(1—Dc).R.f / 2=625uf为保证电感电流连续，电感取值700uf3.电阻R=5.1三．主电路的设计和仿真1.⽤Matlab绘制主电路仿真图为了克服PI环节和PD环节的缺点，并且充分利⽤它们的优点，所以出现了PID调节器，它综合了PI环节和PD环节的优，点，既有PD环节的快速性⼜有PI环节的⽆稳态误差，但是在参数的整定上⽐较⿇烦，当P(⽐例环节)，I(积分环节)，D(微分环节)。

传统PID控制是⼀种线性控制，由于其算法简单实⽤，因此在⼯业过程控制中得到⼴泛的应⽤，并且取得了良好的效果四．实验数据分析Ui U09.5 7.4810 7.4711 7.5013 7.4915 7.5117 7.50根据实验数据可知，输⼊电压在9.5V——17V时，闭环调节的实验效果⽐较明显,基本达到了实验的要求。

电力电子Buck电路课程设计实验报告

电力电子技术课程设计题目Buck变换器设计学院计算机与信息科学学院专业自动化年级2008级学号姓名同组人指导教师成绩2010年7 月25 日1 引言 (1)2 PWM控制器设计 (1)2.1 PWM控制的基本原理 (1)2.2 控制电路设计 (3)3 buck变换器主电路设计 (5)3.1 主电路分析 (5)3.2 反馈回路设计 (7)4 buck变换器控制器设计 (7)4.1 系统分析 (7)4.2控制器设计 (9)4.3控制器实现 (11)4.4 结果 (12)5 问题和总结 (12)参考文献： (13)附录： (14)Buck变换器设计1 引言直流电机是人们最先发明、认识和利用的电机，它具有调速范围广，且易于平滑调节，过载、起动、制动转矩大，易于控制，且控制装置的可靠性高，调速时的能量损耗小等优点，在高精度的位置随动系统中，直流电机占据着主导地位[1]。

直流-直流变流器（DC-DC Converter）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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

直接直流变流电路为称斩波电路（DC Chopper），它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，一般是指直接电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。

间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。

降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V导通一段时间t on，由电源E 向L、R、M供电，在此期间，u o＝E。

然后使V关断一段时间offt，此时电感L通过二极管VD 向R和M 供电，u o＝0。

一个周期内的平均电压onoon offtu Et t=⨯+。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用[2]。

2 PWM控制器设计本组设计要求：Buck DC/DC变换器。

电源电压Vs=25～30V，瞬时电流(最大电流)不能超过0.5A(由于电源的限制)，开关频率70kHz。

BUCK电路设计

BUCK电路设计BUCK电路设计是一种降压直流-直流（DC-DC）转换电路，被广泛应用于电子设备中。

其原理是通过控制功率晶体管的导通时间，将高电压输入转换为较低电压输出。

本文将以一种原创的BUCK电路设计为例，详细介绍其工作原理、设计步骤和关键参数。

一、工作原理：BUCK电路利用了电感元件的性质来实现电压降低，通过周期性的开关来控制电感上的电流。

当功率晶体管导通时，电感储存能量，并将电流传递到负载上；当功率晶体管关断时，电感释放储存的能量，维持电流并维持负载的电压。

二、设计步骤：1.确定输入和输出电压：根据实际应用需求，确定BUCK电路的输入电压和输出电压。

输入电压通常较高，仅能提供相对稳定的直流电源；输出电压通常较低，为电子设备正常工作所需的电压。

2.估算输出电流：根据负载特性和功率需求，估算出所需的输出电流。

输出电流大小决定了电感元件和功率晶体管的选型，以保证电路正常运行。

3.计算电感元件的值：根据输出电流的大小，选择适当的电感元件。

电感元件的值决定了电感的储能能力，传导电流的能力和电路的效率。

根据工作频率和输出电流，可以使用下列公式计算电感值：L = (V_in - V_out) * (1 - D) / (f * ΔI_L)其中，L为电感值，V_in为输入电压，V_out为输出电压，D为占空比，f为开关频率，ΔI_L为电感电流的变化幅度。

4.计算输出电容的值：为了减少输出的纹波电压并提供稳定的电压，需要加入适当的输出电容。

根据输出电流变化的速率和滤波要求，可以使用下列公式计算输出电容的值：C = ΔI_out / (f * ΔV_out)其中，C为输出电容的值，ΔI_out为输出电流的变化幅度，ΔV_out为输出电压的变化幅度。

5.设计反馈网络：为了确保输出电压的稳定性，需要设计一个反馈网络来控制占空比。

一般使用电压反馈方式，通过比较输出电压和参考电压，来控制功率晶体管的导通时间和关断时间，以调节输出电压。

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电路应用实例

电源模块：本系统使用‎太阳能电池‎供能，由于太阳能‎电池内阻较‎大输出电压‎容易大幅度‎变化，而GSM 等‎模块需要一‎个稳定的电‎压，所以电源模‎块中只用太‎阳能电池为‎蓄电池充电‎而后蓄电池‎通过稳压电‎路为整个系‎统供电。

充电电路：太阳能电池‎板伏安特性‎曲线，在电压达到‎某个值后，电流会急剧‎下降，此时充电效‎率会大大降‎低，所以应将电‎压控制在最‎大功率点左‎右。

而系统电压‎一般为5V ‎，低电量时电‎压4V 左右‎，而不同的太‎阳能电池板‎的输出电压‎不同，因此需要一‎个D C —DC 转换器‎转换成给蓄‎电池充电的‎相应的电压‎电流，使转变输入‎电压后有效‎输出固定电‎压。

需根据所选‎太阳能电池‎板准备相应‎升压或降压‎D C -DC 转换器‎。

U/V图二太阳能电池‎板伏安特性‎曲线充电的第一‎阶段为恒流‎充电，当蓄电池电‎压上升到接‎近5V 时进‎行恒压充电‎，再进行一段‎时间的涓流‎充电。

在蓄电池的‎实际应用中‎，也可采用恒‎压—限流充电法‎。

稳压电路中‎使用的Bu‎c k电路：当驱动信号‎使开关管导‎通时图三左‎下图，电容C开始‎充电，输出电压加‎在负载上。

电容C在充‎电过程中电‎感L的电流‎逐渐增加，储存的能量‎也逐渐增加‎，此时续流二‎极管反向截‎止。

当驱动信号‎使开关管截‎止时如图三‎右下图，L开始释放‎能量，L中的电流‎开始减小，L产生的感‎应电动势使‎续流二极管‎导通，电流通过电‎感、续流二极管‎构成回路给‎负载传递能‎量。

当负载电压‎低于电容C‎两端的电压‎时，C开始向负‎载释放放能‎量。

驱动控制信‎号使开关管‎周而复始的‎重复上述过‎程，从而使输出‎电压趋向一‎个定值。

图四降压buc‎k电路DC-DC转化器‎中用到的反‎激电路：当T1导通‎时，电源电流流‎过变压器原‎边，i1增加，其变化为d‎i1/dt=Ui/L1而副边‎由于二极管‎D的作用，i2为0，变压器磁心‎磁感应强度‎增加，变压器储能‎；当T1关断‎时，原边电流迅‎速降为0，副边电流i‎2在反激作‎用下迅速增‎大到最大值‎，然后开始线‎性减小，其变化为d‎i2/dt=Uo/L2，此时原边由‎于开关管的‎关断，电流为0，变压器磁心‎磁感应强度‎减小，变压器放能‎。

BUCK电路PID控制器设计及仿真

BUCK 电路PID 控制器设计及仿真本文在BUCK 电路传递函数的基础上对BUCK 电路的开环特性进行了分析，并利用MATLAB 的SISOTOOL 工具箱设计了PID 控制器，然后用以运放为核心搭建了PID 控制器硬件电路，最后在PSIM 上对BUCK 电路进行闭环仿真。

1. 设计指标输入直流电压(Vin)：28V 输出电压(Vo)：15V 基准电压(Vref)：5V 开关频率(fs)：100kHz 三角载波峰峰值：Vm=4V图1为Buck 变换器主电路，元件参数如图所示：3图1 buck 变换器主电路2. PID 控制器设计2 .1原始系统分析BUCK 变换器构成的负反馈控制系统如图3.1所示：图2 BUCK 变换器闭环系统其中Gvd(s)为占空比至输出电压的传递函数， Gm(s)为PWM 脉宽调制器的传递函数， H(s)表示反馈分压网络的传递函数，Gc(s)是误差信号E(s)至控制量Vc(s)的传递函数，为补偿网络的传递函数。

本系统中，PWM 调制器的传递函数为：ˆ1ˆ4m c m d(s)1G (s)== =v (s)V （1）式中，Vm 为PWM 调制器中锯齿波的幅值。

反馈分压网络的传递函数为：Hs=VrefVo=515=13（2）占空比至输出电压的传递函数为：Gvds=VoD11+sLR+s2LC（3）其中Vo=15V ，D=VVin=1528=0.536，L=50μH ，R=3Ω，C=500μF 。

将参数代入式（3）可得，Gvds=282.533×10-8s2+1.675×10-5s+1 （4）对于BUCK 变换器系统，其回路增益函数G(s)H(s)为 GsHs=GcsGmsGvdsHs=GcsGos （5）式中，Gos=GmsGvdsHs（6）为未加补偿网络Gcs 时的回路增益函数，称为原始回路增益函数，将式子（1）、（2）、（4）可得本系统中原始回路增益函数Gos=283.04×10-7s2+ 0.000201s+1 （7）根据式（7）可做出系统原始回路增益函数波特图如图3所示：图3 原始回路增益函数波特图从图3中可以看出穿越频率为fc=1.82kHz ，相位裕度为ψm=4.72deg ，从表面上看，系统是稳定的，但是如果系统中的参数发生变化，系统可能会变得不稳定；另外穿越频率太低，系统的响应速度很慢。

BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真

BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真BUCK电路闭环控制系统的MATLAB仿真BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真⼀、课题简介BUCK电路是⼀种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是⼩于输⼊电压Ui。

⼀般电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。

简单的BUCK电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的⼲扰，当加⼊PID控制器，实现闭环控制。

可经过采样环节得到PWM调制波，再与基准电压进⾏⽐较，经过PID控制器得到反馈信号，与三⾓波进⾏⽐较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从⽽实现BUCK电路闭环PID控制系统。

⼆、BUCK变换器主电路参数设计2.1设计及内容及要求1、输⼊直流电压(VIN)：15V2、输出电压(VO)：5V3、输出电流(IN)：10A4、输出电压纹波峰-峰值 Vpp ≤50mV5、锯齿波幅值Um=1.5V6、开关频率(fs)：100kHz7、采样⽹络传函H(s)=0.38、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 2.2主电路设计根据以上的对课题的分析设计主电路如下：F*Ωµ75图2-1 主电路图1、滤波电容的设计因为输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关，rr rr C L N0.2V V R i I ==? （1）电解电容⽣产⼚商很少给出ESR ，但C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80µ*ΩF [3]。

在本课题中取为75µΩ*F ，由式(1)可得R C =25mΩ，C =3000µF 。

2、滤波电感设计开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压⽅程分别如式(2)、(3)所⽰：IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=?（2）O L D L OFF /V V V L i T ++=? （3）off 1/on s T T f += (4)由上得：Lin o L D on V V V V L T i ---=? (5) 假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 。

一种四开关buck-boost变换器的控制电路及控制方法-概述说明以及解释

一种四开关buck-boost变换器的控制电路及控制方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:四开关buck-boost变换器是一种常用的电力电子变换器，具有宽电压输入范围和高效率的特点。

本文旨在介绍一种针对四开关buck-boost 变换器的控制电路及控制方法，以优化其性能和稳定性。

通过对该变换器的介绍、控制电路设计和控制方法分析，我们将展示该变换器在电能转换和控制方面的重要性和潜力。

通过本文的阐述，读者将对四开关buck-boost变换器有更深入的了解，并对其在实际应用中具有的优势有更清晰的认识。

1.2 文章结构文章结构部分是对整篇文章的内容进行简要介绍，提供读者一个整体的框架和概念。

在这篇文章中，我们首先介绍了引言部分，其中包括概述、文章结构和目的。

接着我们将详细讲解正文部分，包括四开关buck-boost 变换器的介绍、控制电路设计和控制方法分析。

最后我们将总结这篇文章，展望其创新性，探讨其应用前景。

整篇文章将从理论到实践，全面介绍一种四开关buck-boost变换器的控制电路及控制方法。

1.3 目的:本文旨在研究一种四开关buck-boost变换器的控制电路及控制方法，通过对该变换器的性能进行分析和优化，提高其效率和稳定性。

通过对控制电路的设计和控制方法的分析，我们将深入探讨该变换器在不同工况下的工作原理，为其在实际应用中提供更好的指导和参考。

同时，通过这项研究，我们也希望能够为电力电子领域的技术发展和应用提供一定的借鉴和启示，推动相关技术的进步和发展。

最终，我们的目的是通过这篇文章对四开关buck-boost变换器的控制进行深入研究，为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示，推动电力电子技术的不断创新和进步。

2.正文2.1 四开关buck-boost变换器介绍四开关buck-boost变换器是一种高效率、高性能的DC-DC变换器，可以实现输入电压向上或向下转换为稳定的输出电压。

BUCK电路案例分析图文说明

BUCK 电路案例分析图文说明BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值U o 总是小于输入电压U d 。

一、BUCK 电路工作原理Q1导通期间（t on ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D 反偏。

等效电路如图5.7(b)所示；Q1关断期间（t off ）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D 导通续流。

等效电路如5.7 (c)所示；由波形图5.7 (b)可以计算出输出电压的平均值为：)0(1)(100⎰⎰⎰⋅+⋅==SononST tt d ST Sdt dt u T dt t u T U则：d dS onDU U T t U ==0，D 为占空比。

忽略器件功率损耗，即输入输出电流关系为：d d O d O I DI U U I 1==。

图4.6 BUCK电路工作过程二、电感工作模式分析下图4.7为BUCK电路中电感流过电流情况。

图4.7电感电流波形图电感中的电流i L是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。

1.电感电流i L连续模式：⑴在t on 期间:电感上的电压为dtdi Lu LL = 由于电感L 和电容C 无损耗，因此i L 从I 1线性增长至I 2，上式可以写成onLon O d t I L t I I LU U ∆=-=-12Od L on U U LI t -∆=)(式中△I L =I 2－I 1为电感上电流的变化量，U O 为输出电压的平均值。

⑵在t off 期间:假设电感中的电流i L 从I 2线性下降到I 1，则有offLO t I LU ∆=则，OLoff U I Lt ∆=可求出开关周期ＴS 为）(1O d O dL off on S U U U LU I t t fT -∆=+==fLD D U fLU U U U I d d O d O L )1()(-=-=∆上式中△I L 为流过电感电流的峰－峰值，最大为I 2，最小为I 1。

buck电路计算实例

以下是一个BUCK电路计算实例：假设有一个BUCK电路，其输入电压为12V，输出电压为5V，负载电流为2A。

1. 电感值计算根据BUCK电路的原理，电感L是能量转换的关键元件。

为了使电路正常工作，电感值应该满足以下条件：(1) 保持连续模式的最小电感值：Lmin = (Vin^2) / (2 * Vout * Iload)(2) 保持连续模式的最大电感值：Lmax = (Vin^2) / (2 * Vout * Vout)在本例中，Vin=12V，Vout=5V，Iload=2A。

因此，Lmin = (12^2) / (2 * 5 * 2) = 7.68mH，Lmax = (12^2) / (2 * 5 * 5) = 11.52mH。

因此，可以选择一个介于Lmin和Lmax之间的电感值，例如10mH。

2. 开关频率计算开关频率fs是BUCK电路的一个重要参数，它决定了电路的体积和性能。

根据公式：fs = Vin / L在本例中，Vin=12V，L=10mH。

因此，fs = 12 / 10 = 1.2kHz。

3. 二极管选择在BUCK电路中，二极管需要能够承受较大的电流和电压应力。

根据负载电流和输出电压，可以选择一个合适的二极管型号。

在本例中，可以选择一个额定电流为3A、耐压值为60V的二极管。

4. 输出电容选择输出电容的作用是提供瞬态负载电流和维持输出电压稳定。

根据负载电流和输出电压的变化率，可以选择一个合适的输出电容。

在本例中，可以选择一个容量为470uF、耐压值为16V的电解电容作为输出电容。

以上就是一个BUCK电路计算实例，包括电感值、开关频率、二极管和输出电容的选择。

当然，实际应用中还需要考虑其他因素，如效率、噪声、纹波等。