基于PI控制方式的7A开关电源的MATLAB仿真

基于PI控制方式的7A开关电源MATLAB仿真研究

学院：电气与光电工程学院

专业：电气工程及其自动化

目录

0 绪论 --------------------------------------------------------------------- 3

1 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 3

2 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 3

2.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 4

2.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 4

3 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 5

3.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 5

3.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 6

4 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 9

4.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 10

4.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 10

4.3 电源扰动20% --------------------------------------------------------- 11

5 小结 -------------------------------------------------------------------- 13

参考文献 ------------------------------------------------------------------ 13

一、绪论

随着电子技术的不断发展对电源的要求也不断的提高，开环的电源应该说早就不能满足要

求，无论是在输出参数的精度还是抗干扰能力方面都比不上闭环控制系统。为了使某个控制对

象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，

就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。

常用的控制器有比例积分（PI ）、比例微分（PD ）、比例-积分-微分（PID ）等三种类型。本文将通过MATLAB 用实例来研究PI 控制器的调节作用。

二、BUCK 总电路设计

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。 2.1技术指标

输入直流电压(V IN )：10V 输出电压(V O )：5V ； 输出电流(I N )：7A ； 输出电压纹波(Vrr)：50mV ； 基准电压(Vref)：1.5V ； 开关频率(fs)：100kHz 。 2.2主电路参数计算

Buck 变换器主电路如图（1）所示，其中Rc 为电容的等效电阻。

图（1）

(1)滤波电容参数计算

输出纹波电压只与电容C 的大小有关及Rc 有关：

N

rr L rr C I V

i V R 2.0Δ==

（1）

将mv V rr 50=，I N =7A 带入得Ω=35.7m c R ，电解电容生产厂商很少给出ESR ，而且ESR 随着电容的容量和耐压变化很大，但是C 与Rc 的乘积趋于常数，约为F Ω*μ80~50。本例中取为F Ω*μ75则：C=2100μF 。 (2)滤波电感参数计算

当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2）、（3）所示：

ON

L

ON L O IN T i L V V V V Δ---= （2） OFF

L

D L O T i L

V V V Δ=++ （3） 假设二极管的通态压降V V D 5.0=，电感中的电阻压降V V L 5.0=，开关管的导通压降V V ON 5.0=。 又因为

s

ON OFF f T T 1

=

+ （4） 所以由式（2）、（3）、（4）联立可得us T ON 6.5=，并将此值回代式(2)，可得L=17.6uH （此处取18uH ）。 （3）负载电阻计算 Ω714.075===

A

V I V R N O L 由matlab 仿真，得图2，可知当取H L μ17=时，电感电流在6.2A-7.6A 之间脉动，符合

N L I i 2.0≤Δ的要求

图（2）

三、补偿网络设计

3.1原始系统的设计