巴索模型做开关电源小信号仿真

基于PD控制方式的9A开关电源Multisim仿真研究

基于PD控制方式的9A开关电源Multisim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班级：13电气卓越姓名：**学号： ********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，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。

然而其输出电压纹波较大，buck电路系统的抗干扰能力也不强。

为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。

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。

本文将通过用multisim实例来研究PD控制器的调节作用。

一.设计要求及设计背景1.设计要求依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真；掌握小信号建模的方法，建立Buck变换器原始回路增益函数；采用Matlab绘制控制对象的Bode图；根据控制对象的Bode图，分析所需设计的补偿网络特性进行补偿网络设计。

采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。

2.设计背景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，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。

然而其输出电压纹波较大，buck电路系统的抗干扰能力也不强。

为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。

二．Buck变换器主电路设计1.1技术指标：输入直流电压(V IN)：12V；输出电压(V O)：5V；输出电流(I N)：9A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：1.5V；开关频率(f s)：100kHz；1.2主电路及参数计算 1.2.1主电路图1 buck 主电路1.2.2滤波电容计算输出纹波电压只与电容容量及ESR 有关：0.2rr rr C l NV VR i I ==∆（1）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C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80μ·ΩF 。

开关电源的电路仿真分析(建模)方法

开关电源的电路仿真分析（建模）方法电路仿真分析方法主要有：状态变量法、节点分析法、改进的节点分析法、状态空间平均法等。

1）以状态变量法为基础的仿真技术状态变量法可以很容易地得到电路的瞬态性能，并评价电路的稳定性。

状态变量法是以电路中某些支路的电压和电流当做状态变量建立电路的状态方程。

一般是取电容上的电压和电感中的电流作为未知的状态变量，然后再用图论的方法列出方程，来决定每一电路的固有树（Proper Tree）。

电路各变量并不直接包含在状态变量中，而是利用一组显式代数方程求出。

对于开关转换器这样的离散电路，应首先列出电路的分段线性状态方程，而后求状态转移规律，并由此导出描写电路的非线性差分方程，此法称为离散时域法。

美国VIRginia 电力电子中心开发的面向系统的开关转换器仿真软件COSMIR 就属于这一类型。

它将开关器件理想化，转换器的每一个运行模式都由一组线性时不变状态方程描述，在考虑开关条件以后，用直接数字积分法或解析法求解，可以快速地得到稳态响应或大信号瞬态响应。

也有的以网孔法或节点法为基础而建立的离散时域法仿真程序。

以状态变量法为基础的仿真技术的缺点是：不能与SPICE 等通用电路仿真程序兼容；由于开关器件理想化，不能分析器件开通或关断瞬间开关器件上的电应力变化。

2）以节J 点分析法为基础的仿真技术以节点分析法为基础的仿真技术可以应用于电力系统等大系统的仿真，有EMTP、ATP、PECAN 等程序。

EMTP 是电力系统瞬态分析的工具，￣｛＼TP 则是功率转换器和电力传动的仿真工具。

PECAN 是专用于仿真电力电子闭环系统的分析程序。

以节点分析法为基础仿真电力电子电路，其主要的缺点是：处理电源不充分，不能包含与电源有关的元件；不便得到支路电流；难以实现有效的数字积分；分析线性电路的零、极｀点要用特殊技术；难以快速分析电力电子电路的稳态等。

3）以改进的节J 点分析法为基础的仿真技术对节点分析法进行改进，引入适当的支路电流，并包括电压源及各种与电流有关的元件，相应的支路关系成为附加电路方程，部分地改善了上述节点分析法的一些缺点。

基于PI控制方式的2A开关电源MATLAB仿真研究

基于PI控制方式的2A开关电源MATLAB仿真研究目录1 绪论 --------------------------------------------------------------------- 22 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 23 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 23.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 3 3.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 34 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 44.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 44.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 65 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 105.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 105.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 116 小结 -------------------------------------------------------------------- 14参考文献 ------------------------------------------------------------------ 151 绪论开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持不乱输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。

开关电源(1)之BUCK变换器工作原理及Multisim实例仿真

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Author: Jackie Long
纹波峰峰值为 2.25mV，还是比较低的（实际的电路很有可能没这么低，特别是接上开关之类负载之后）还有一个效率问题，与线性电源不同的是，BUCK 变换器的输入电流与输出电流是不一样的，因此，不能简单地用输出电压与输入电压的比值来表征，我们只有用最原始的方法了，就是计算输出功率与输入功率的比值，如下式：
0
Vo
原来来的纹波波峰峰值
平平均值
新的的纹波峰峰峰峰值
t
0
对于具体的的 BUCK 拓扑降降压芯片，厂厂家都会提供供典型的应用用电路及相关关的参数值，如下所示为 TI 公司司的集成降压压芯片 LM259 96 典型应用电路图：图所
我们也可以以通过提高开开关的频率来降低纹波，这这样，在同样样的电感量与与电容量条件件下，每次次充放电的时时间缩短了，这样纹波的峰峰值就下降降了，如下图图所示：
A
PR1
V
PR3
1
I: -1.55 A I(p-p): 15.9 A I(rms): 892 mA I(dc): 580 mA I(f req): 150 kHz
3
V: 5.71 V V(p-p): 29.3 mV V(rms): 5.73 V V(dc): 5.70 V V(f req): 22.3 kHz
同样是从输入电源 10V 中获取 5V 的输出电压，线性稳压电源的有效面积为 5×T，而对应在开关稳压电源的单个有效周期内，其有效面积为 10×T×50%（占空比）=5×T，这样只要在后面加一级滤波电路，两者的输出电压有效值（平均值）是相似的。下面我们来看看 BUCK 转换电路的工作原理（假设高电平开关闭合，低电平开关断开）。

开关电源变换器的小信号建模设计

ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ’ ＳｋｅｙｄｅｖｉｃｅｓＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｔｅｒｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅｌｙｆｂａｃｋｃｏｎｖｅｔｅｒｒａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ａｍａｔｈ－
ＦＥＮＧＤａｎ，ＲＥＮＨｏｎｇ－ｂｉｎ，ＮＩＮＧＦｅｉ，ＺＨＡＮＧＸｉｎｇ
（１．ＡｉｒａｎｄＭｉｓｓｉｌｅＤｅｆｅｎｓｅＣｏｌｌｅｇｅ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎＳｈａｎｘｉ７１００５１，Ｃｈｉｎａ；
第３２卷第１１期
文章编号：１００６ — ９３４８（２０１５）１１ — ０１４１ — ０５
２０１５年１１月
开关电源变换器的小信号建模设计
冯丹，任宏滨，宁飞，张兴‘
ｅｍａｔｉｃｌａｍｏｄｅｌｏｆｎｏｎ — ｉｄｅｌａｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｅｓｐａｃｅａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｗｉｔｃｈｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎＳｈａｎｘｉ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）

(完整word版)开关电源的小信号建模详解

详解：开关电源的小信号建模开关电源的反馈环路设计是开关电源设计的一个非常重要的部分,它关系到一个电源性能的好坏。

要设计一个好的环路，必须要知道主回路的数学模型，然后根据主回路的数学模型，设计反馈补偿环路.本文想重点介绍下主回路的数学建模方法.首先来介绍下小信号的分析法。

开关电源是一个非线性系统，但可以对其静态工作点附近进行局部线性化。

这种方法称为小信号分析法.以一个CCM模式的BOOST电路为例,其增益为：其增益曲线为:其中M和D之间的关系是非线性的。

但在其静态工作点M附近很小的一个区域范围内，占空比的很小的扰动和增益变化量之间的关系是线性的。

因此在这个很小的区域范围内,我们可以用线性分析的方法来对系统进行分析。

这就是小信号分析的基本思路。

因此要对一个电源进行小信号建模，其步骤也很简单，第一步就是求出其静态工作点，第二步就是叠加扰动,第三步就是分离扰动，进行线性化，第四步就是拉氏变换，得到其频域特性方程，也就是我们说的传递函数。

要对一个变换器进行小信号建模,必须满足三个条件。

首先要保证得到的工作点是“静"态的。

因此有两个假设条件：1，一个开关周期内，不含有低频扰动.因此叠加的交流扰动小信号的频率应该远远小于开关频率.这个假设称为低频假设2，电路中的状态变量不含有高频开关纹波分量。

也就是系统的转折频率要远远小于开关频率.这个假设称为小纹波假设.其次为了保证这个扰动是在静态工作点附近，因此有第三个假设条件:3，交流小信号的幅值必须远远小于直流分量的幅值.这个称为小信号假设。

对于PWM模式下的开关电源,通常都能满足以上三个假设条件，因此可以使用小信号分析法进行建模。

对于谐振变换器来说，由于谐振变换器含有一个谐振槽路。

在一个开关时区或多个开关时区内，谐振槽路中各电量为正弦量,或者其有效成分是正弦量。

正弦量的幅值是在大范围变化的，因此在研究PWM型变换器所使用的“小纹波假设”在谐振槽路的小信号建模中不再适用。

基于PI控制方式的10A开关电源Psim仿真研究毕业设计论文word格式

题目：基于PI控制方式的10A开关电源Psim仿真研究班级：姓名：学号：时间：2009年12月20日现代仪器电源课程综合论文一绪论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pism仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真。

(4) 学会使用pism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)：10A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：；开关频率(f s)：100kHz。

四主电路功率的设计（1）buck 电路图4-1-1：buck 电路图4-1-1rr rrC L N0.2V V R i I ==∆=25mohm c*Rc 的乘积趋于常数50~80uF ，我使用75μΩ*F ，由式(1)可得R C =25mohm ，C =3000μF 。

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 ++=∆Ton+Toff=1/fs设二极管的通态压降V D =，电感中的电阻压降V L =，开关管导通压降V ON =。

经计算得 L=。

（2）用psim 软件参数扫描法计算：当L=10uH 时，输出电压和电流和输出电压纹波4-2-1如图4-2-1当L=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=30uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-3图4-2-3我用psim 的作参数扫描，显然有图可得，当L=20uH 时，输出电流I=10A ，输出电压为U=5v 。

基于buck电路开关电源的小信号模型及环路设计

基于buck电路开关电源的小信号模型及环路设计作者：孙凯博来源：《数码设计》2018年第15期电压模式和电流模式控制下的环路设计问题。

关键词：开关电源;小信号模型;电流模式控制;电压模式控制中图分类号：TN86 ; 文献标识码：A ; 文章编号：1672-9129（2018）15-0076-02Abstract： The small-signal mathematical model of buck circuit in continuous current mode is established. The loop design problem under voltage mode and current mode control is analyzed according to the stability principle.Keywords： switching power supply; small signal model; current mode control; voltage mode control1 Buck电路电感电流连续时的小信号模型下图是一个具有典型意义的Buck电路图。

为了使得分析更为直观、简单，假设整个电路的理想开关为S与D，那么其对应的理想电感则为滤波电感（对应感受电阻为零）。

在此工作模式之下，整个电路处于连续工作状态。

那么R则为电容C串联的电阻，R为负载电阻。

性详细的变量如下图所示。

在整个环路的传递函数表达式一致的情况下，那么就可以进行对电压误差放大器的设计了。

已经具有了一个零点与两个谐振极点，所以，可以将PI调节器即为，。

在这一方程式中，主要是为了消除误差，取值一般为零极点的十分之一以下。

VMC主要存在以下兩方面的弊端：1）由于并不存在电压前馈机制，无法对输入电压的影响进行预测与判断，因而当电压发生变化的时候，其反应较慢，而且所需增益较高。

2）对于电路当中产生的二阶极点并没有对应的补偿，因而其动态响应也存在一定程度的缺失。

基于模拟行为模型的开关电源小信号仿真

分，使这些模块不需要和虚拟负载或输入电阻连接在一起。常
用的控制系统模块有ＬＩＭＩＴ模块和ＡＢＭ模块。ＬＩＭＩＴ模块的功能是把输出电压幅值限制在上限值（用ＨＩ属性来设置）和
下限值（用ＬＯ属性来设置）之间。用户可以根据自己的需要设
数，等于最小输入或者最大输入时对应的输出，这一特性可以用来给输出强行限制一个最大值和最小值。在ＰＦＣ建模中可
以利用该模块作为占空比发生器。
件模型进行扩展时，就可以采用这种方式。在模型仿真范畴，其主要应用是用来建立新的器件模型，或对系统建立黑匣子模
后，可以利用ＰＳｐｉｅｅ的交流扫描分析（ＡＣＳｗｅｅｐ）功能，对ＰＦＣ系统进行频域分析。通过仿真分析，可以得到环路幅频曲线和
个模块都是单脚的输入和输出。ＰＳｐｉｃｅＡ／Ｄ增强了这些部
＿堡量坌堑：ｓｎｅｊｖｕＦｅｎｘ
基于模拟行为模型的开关电源小信号仿真
陈果
（中山职业技术学院电子系，广东中山５２８４０４）
摘
效ｅ模拟行为建模功能，建立了Ｂｏｏｓｔ变换电路的仿真模型。通过对开关器件的等效平均，简化了ＢｏｏｓｔＰＦＣ变换电
如此可以大幅精简仿真的时间及复杂度。开关电源是一个大

第7章开关电源仿真设计

4、状态空间平均法：利用一周期内平均状态变量，将一个非线性、时变、开关电路转变为一个等效的非线性、时不变的连续电路，因而可对开关转换器作大信号瞬态分析，并可决定其小信号传递函数及
零、极点配置，建立一个状态空间平均电路模型。
SPICE和IsSPICE仿真程序
SPICE是一种通用集成电路计算机分析程序，可用其对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态时域分析和交流小信号时域和频域分析等。 SPICE应用了一组电路模型方程，基本分析工具是牛顿—拉夫逊迭代法。 SPICE、IsSpice的仿真结果以数据文件形式表示，可以将它输入其他软件如MATLAB等，以便进一步对电路性能进行评估和寻优。
MATLAB在开关电源仿真中的应用
（1）运用MATLAB强大的计算功能求解开关电源变换器方程式。（2）运用MATLAB频域分析的工具研究电源变换器系统的控制性能。（3）运用MATLAB的SIMULINK、ToolBox工具仿真电源转换器系统。
开环降压式变换SIMULINK仿真
降压式变换器的电路原理图
IsSPICE的组成及功能特点
1、电路图输入软件SPICENet 2、IsSPICE仿真软件的模型库 3、数／模混合开关电源电路仿真软件IsSPICE4 4、IsSPICE仿真软件的波形处理与分析软件
IntuScope 5、IsSPICE仿真软件的符号编辑器Symbol
Editor 6、IsSPlCE仿真软件的文字编辑软件IsEd
2、变量：使得技术指标或者经济指标达到最优的参数值。
3、约束：求最优参数时要满足各项性能或结构工艺要求，即为求目标函数极值时所加的约束。
目标和约束是开关电源最优化设计变量的线性或非线性函数，一般情况下，工程优化问题中是非线性问题。因此，在数学上，开关电源的优化设计问题归结为求解有线性或者非线性约束的非线性多变量（目标）函数的极值问题。

基于PD控制方式的7A开关电源PISM仿真研究

常州工学院基于PD控制方式的7A开关电源PISM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班级：0引言开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源。

它以小型、高效、轻量的特点被广泛应用于各种电子设备中。

开关电源控制部分绝大多数是按模拟信号来设计和工作的，其抗干扰能力不太好，信号有畸变。

开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求。

1.Buck变换器主电路设计1.1技术指标）：10V输入直流电压（VI N输出电压（V）：5VO）：7A输出电流（IN输出纹波电压（V）：50mVr r）：1.5V基准电压（Vr e f）：100KHZ开关频率（fs1.2 Buck主电路图1 Buck主电路1.3主电路个参数计算1.3.1滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C 的大小以及用量有关：但C 与R C 的乘积趋于常数,约为50～80µΩ·F 。

本例中取为71.42µΩ·F 。

由式( 1) 可得：1.3.2滤波电感参数计算根据基尔霍夫电压方程,可知开关管S 闭合与导通状态输入电压和输出电压满足如下关系:）（3T i L V V V OFFLD L O ∆=++ 假设二极管通态压降V D =0.5V ，电感L 中的电阻压降V L =0.1V ，开关管S 导通压降V ON =0.5V 。

ONT L2.05.35.01510==--- ONS T L-==++μ102.06.55.01.05由 fT T off on 1=+，解得T O N =6.15µs，电感串联电阻L R =0.71Ω,L=107.625µH。

1.3.3采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真输出电压和电流以及输出纹波如下：（1）当L=87.625µHΩ=⨯==∆=m VrrI Vrr i N L 71.3572.02.0Vrr Rc F2000μΩ·F42.71μ==CR C ）（2T i V -V -V -V ONLONL O IN ∆=图2（L=87.625µH）（2）当L=127.625µH图3（L=127.625µH）（3）当L=107.625µH图4（L=107.625µH）由图4可知，当L=117.625µH 时，电感电流在7.2～7.5之间脉动，符合Δi L ≤0.2I N =0.2。

基于开关流图法的Buck-Boost变换器小信号建模分析

基于开关流图法的Buck-Boost变换器小信号建模分析
穆向阳;贾付森;魏思梦;王琦
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】阐述Buck-Boost变换器具有输出纹波低,电压可控等优点,广泛应用于新能源汽车电池发电、直流微电网。

建立小信号模型有利于对电路系统主电路的控制和控制回路的设计。

分析Buck-Boost变换器,利用开关流图法和信号支路的模型建立变换器的流图,从而推导出变换器的小型号模型。

【总页数】3页(P36-38)
【作者】穆向阳;贾付森;魏思梦;王琦
【作者单位】西安石油大学电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.采用开关流图法的反激变换器小信号建模
2.基于开关流图法的高阶DC/DC变换器建模
3.基于耦合电感高增益Buck-Boost变换器小信号建模
4.基于开关流图法Cuk型DC/DC变换器小信号建模
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BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 80V60V

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-80V/60V2016年6月目录一、课题背景 (2)1.1 BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律 (2)1.2 BUCK电路的工作原理 (4)二、目的 (5)三、设计要求 (5)四、设计步骤 (5)（一）主电路参数设计 (5)（二）滤波电感L的计算 (6)（三）闭环系统的设计 (6)五、总结和心得 (9)六、参考文献 (10)七、附录 (10)一、课题背景1.1 BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律BUCK变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，主要用于电力电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻(ESR)。

图1-1 BUCK电路基本结构图在上图所示电路中，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的直流分量可以通过，而抑制的谐波分量通过；电容上输出电压就是的直流分量再附加微小纹波。

由于电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波很小，相对于电容上输出的直流电压V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个，宏观上可以看作是恒定电流，这就是开关电路稳态分析中的小扰动近似原理。

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。

开关电源模糊PID控制器的设计与仿真

开关电源模糊PID控制器的设计与仿真王翀;刘文生【摘要】针对开关电源Buck变换器在非线性控制传统的PID调节控制的不足,提出了一种新的模糊控制和PID控制相结合的方法.以Buck电路为例并通过Matlab 中的Simulink进行了仿真实验.实验结果证明,模糊PID控制有超调小、响应快、抵御外界扰动能力强的优点.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】4页(P40-43)【关键词】开关电源;PID;模糊控制器;Matlab【作者】王翀;刘文生【作者单位】大连交通大学,辽宁,大连,116028;大连交通大学,辽宁,大连,116028【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言开关电源是采用开关方式控制的直流稳压电源。

因为它体积小、重量轻、效率高等诸多优点被广泛应用于电子设备当中。

现在开关电源大部分由PID控制，分为模拟PID和数字PID。

由于PID算法简单，鲁棒性好等优点，所以被广泛地用于开关电源控制回路之中。

但是常规的PID参数整定方法复杂，由于参数的整定不当，往往性能欠佳。

而近来发展起来的模糊控制法不依赖被控对象的数学模型，便于利用经验和知识实行控制，非常适合复杂可变或不能准确描述数学模型的系统［1］。

所以本文综合两者的优点采用模糊PID的控制算法来实现对开关电源的控制。

1 Buck变换器工作原理Buck变换器结构如图1所示，其中Ui是电源电压，TV是功率开关管，Lf是电感，Cf是电容器，TD是单向导通二极管，Rld是负载，Uo是输出电压。

开关周期为Ts，占空比为d。

（1）连续模式下连续模式下电感电压和电流波形如图2所示。

图1 Buck变换器图2 连续模式下电感电压和电流波形可以看出在电感电流连续模式下，当输入电压不变时，输出电压随输入电压线性变化［2］，在此不做详细讨论。

（2）断续模式下电感电流断续模式下电感电压电流波形如图3所示。

图3 断续模式下电感电流和电压波形因为要研究Buck变换器的动态性能和设计控制器，所以得到DCM方式时Buck变换器的小信号模型如图4所示。

基于PID控制方式的4A开关电源-multisim仿真

基于PID控制方式的4A开关电源Multisim仿真研究学院: xxxxx专业：xxxxxxxxxx班级：xxxxxx姓名：xxx学号：xxxxxx时间：xxxxxx引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM ）控制IC 和MOSFET 构成。

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，开关电源向高频化、小型化发展。

在开关电源中，变换器占据着重要地位。

Buck 变换器是最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥。

本文就是对Buck 变换器的主电路、控制方式以及补偿电路进行设计研究仿真，得出波特图和负载的电压电流仿真（控制方式为PID ，负载电流为4A ，仿真软件为Multisim ）。

1．主电路设计1.1 主电路参数输入直流电压V in =15V 输出直流电压V 0=5V 输出电流I N =4A 输出电压纹波V rr =50mV 基准电压V ref =1.5V 开关频率f s =100kHz 。

图1 Buck 主电路1.2主电路参数计算 ①滤波电容参数设计如下：输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关，即Ω=⨯===∆.5m 624.2050.20V rr V rr Rc I i N L由于电解电容生产厂家很少给出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50~80F *Ωμ，故F 100062.5m F.562Rc Rc C C μμ=ΩΩ•=•=②滤波电感参数设计如下：开关闭合和导通的基尔霍夫电压方程如下：图2等效电路onLon L 0in T i L V V V V ∆•=--- （1） OFFLD L 0T i L V V V ∆•=++ （2） ms 1001T T OFF on =+ （3）假设二极管的通态压降0.5V V D =，电感中的电阻压降为.1V 0V L =，开关管的导通压降.5V 0V on =，根据等式（1）、（2）、（3）可得：H .843L μ=，s 3.73T on μ=，故取H 74L μ=。

BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 20V8V

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- 20V/8V2016年6月指导教师：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 (3)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 (5)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 (6)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 (7)3.5 补偿环节的设计 (8)四、BUCK变换器闭环系统的仿真 (11)4.1 Buck变换器闭环仿真电路图 (11)4.2 Buck变换器的闭环仿真结果分析 (14)五、总结及心得体会 (15)六、参考文献 (15)七、附录 (16)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。

开关电源小信号模型

开关电源小信号模型1Buck电路电感电流连续时的小信号模型图1为典型的Buck电路，为了简化分析，假定功率开关管S和D1为理想开关，滤波电感L为理想电感（电阻为0），电路工作在连续电流模式（CCM）下。

Re为滤波电容C的等效串联电阻，Ro为负载电阻。

各状态变量的正方向定义如图1中所示。

S导通时，对电感列状态方程有L(dil/dt)=Uin－Uo（1）S断开，D1续流导通时，状态方程变为L(dil/dt)=－Uo（2）占空比为D时，一个开关周期过程中，式（1）及式（2）分别持续了DTs和（1－D）Ts的时间（Ts为开关周期），因此，一个周期内电感的平均状态方程为 L(dil/dt)=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。

由于电路各状态变量总是围绕稳态值波动，因此，由式（3）得L[d(il+il’’’’)/dt]=(D＋d)(Uin＋Uin’’’’)－(Uo＋Uo’’’’)（4）式（4）由式（3）的稳态值加小信号波动值形成。

上标为波浪符的量为波动量，d为D的波动量。

式（4）减式（3）并略去了两个波动量的乘积项得L(dil’’’’/dt)=DUin’’’’＋dUin－Uo’’’’（5）由图1，又有iL=C(duc/dt)＋Uo/R0（6）Uo=Uc＋ReC(duc/dt)（7）式（6）及式（7）不论电路工作在哪种状态均成立。

由式（6）及式（7）可得iL＋ReC(dil/dt)=1/Ro(Uo＋CRo(duo/dt))（8）式（8）的推导中假设Re 式（9）减式（8）得iL+ReC(dil/dt)=1/Ro(Uo＋CRo(dUo/dt))（10）将式（10）进行拉氏变换得iL(s)=(Uo(s)/Ro)·[(1+sCRo)/(1+sCRe)](11)(s)=（11）一般认为在开关频率的频带范围内输入电压是恒定的，即可假设=0并将其代入式（5），将式（5）进行拉氏变换得sLiL’’’’(s)=d(s)Uin－Uo’’’’(s)（12）由式（11），式（12）得Uo’’’’(s)/d(s)=Uin[(1+sCRe)/(s2LC+s(ReC+L/Ro)+1]（13）iL’’’’(s)/d(s)=[(1+sCRo)/s2LC+s(ReC+L/Ro)+1]·Uin/Ro（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。

BUCK电路仿真报告_小信号分析

主电路的零极点图，我们要做的就是拿 PID 的零点补偿掉它备注：如果增大控制频率即减小 T 到 1E-6 时，不稳定极点会向 1,0 点靠拢..这样匹配起来更简单。但是会引入一个问题就是处理速度实在达不到，而且频率越高，高频下的各种电路现象会涌现出来。
Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 小信号分析：aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 系统框图：aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 主电路：aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 当 MOS 管导通时：
但是发散了，所以需要减小 Kp ：不影响系统的动态性能，但是会改变响应速度。
AaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaPID1 与主电路级联：aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 所取： Kp = -2.5227*0.01; Ti = -50112.97;%2123188.4; Td = -2.745758513e-4;%1.245e-3;
1 / L Il 0 Uin 1 / RC Uo 0
设系统导通占空比为 D 由状态空间平均法得：
d Il 0 dt Uo 1 / C