外文翻译基于Buck变换器的综合实验设计

基于Buck 变换器的综合实验设计

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，来阐述虚拟综合性实验的操作方法。设输入直流电压(V IN )：15V ，输出电压(V O )：5V ，输出电流(I N )：6A ，输出电压纹波(V rr )：50mV ，基准电压(V ref )：1.5V ，开关频率(f s )：100kHz 。Buck 变换器主电路如图1所示，其中R C 为电容的等效电阻。

图1 Buck 变换器主电路图

1.1滤波电感和电容参数设计

滤波电感电流脉动'

0.1*0.160.6o I I A ∆==⨯=

'2*20.6 1.2I I A ∆=∆=⨯=

估算滤波电感值()()3

1055

20.8310 1.210010

IN O O

IN s

V V V L H V If μ--⨯=

=

=∆⨯⨯⨯

滤波电容的内阻501.20.042PP Rc V I =∆==Ω

电解电容111(50~80)(50~80)(1190~1905)0.042

C F F F R μμμ=*

=*=

第一步首先建立交越频率f c0，在此频率总增益为0dB 。然后选择误差放大器的增益，迫使总开环增益在f c0为0dB 。下一步设计误差放大器的增益斜率，以使得总开环增益在f c0以斜率－1交越（图6.4）。最后，调整幅频特性达到希望的相位裕度。

采样理论指出，为了闭环的稳定，f c0必须小于开关频率的一半。但必须远远小于开关频率，否则有较大幅值的开关频率纹波。因此，一般经验将f c0定为开关频率的1/4~1/5。

样选取f c0/f z =f p /f c0。f z 与f p 之间分开越大，在f c0有较大的相位裕度。希望较大的相位裕度，但如果f z 选择得太低，在100Hz 低频增益比选择较高频增益低（图6.8），这样对100Hz 信号衰减很差。

选取电路参数,fz=1/(2*pi*R1*C1) fp0=1/(2*pi*R0*C0) fp=1/(2*pi*R2*C2)

R1=R2=800O欧姆C1=C2=10nF

上面已经指出如果误差放大器具有单极点、单零点和一个原极点，它的幅频特性如图6.11所示。

现在证明一个误差放大器的传递函数如何推导，以及图6.7b电路确实具有一个单极点、一个单零点和一个原极点。图6.7b电路的增益为

引入复变量s=jω，于是

经过代数处理

同时因为一般C 2<

经计算

G=(10^6+8S)/[16S(10^6+8S)]

具有式（16）传递函数的图6.7b 误差放大器在Venable 经典著作中一般称为2型放大器。当输出滤波电容具有ESR 时，使得f c 0落在斜率－1的增益G 1的曲线（图6.6）上，应用2型误差放大器。研究电路图6.7b 的传递函数可直接画出它的幅频特性（图6.11）。式（16）指出这个电路（图6.7b ）在f p 0=(2πR 0C 0)-1

具有一个原极点。在此频率以－1斜率向低频方向画一直线。 由式（16）在频率f z =(2πR 2C 1)-1电路有一个零点。在f z 由斜线转成水平。再由式（16）电路在f p =(2πR 2C 2)-1

有一个极点，在此频率f p 再由水平转向斜率－1。

PWM 增益

图6.1中由误差放大器输出到电感输入电压V y 的平均值V av 的增益是PWM 增益，并定义为G m 。这样增益定义可能产生迷惑，直流电压V ea 随误差放大器的B 点的输入成比例变化，而V y 是可调宽的恒定幅值脉冲。

这个增益的意义和幅值说明如下。图6.1中PWM 输出是直流电平V ea 与0~3V(实际上是0.5~3V)三角波V t 比较产生的。在所有PWM 芯片中，产生两个相差180°的可调宽度脉冲。在形成PWM 以后，经分频并送到两个分离的输出端。在正激变换器中，仅用两个输出的一个。 在图6.1b 中，V ea ＝0,T on =0，在V y 的宽度为零，V y 的平均值就是V av ＝（V sp -1）(t on /T),其中V sp 是变压器次级电压，1为整流二极管压降，V av 也为零。如果V ea 移动到3V ，在三角波的峰值，t on =0.5T ，V o ＝0.5（V sp -1）/T 。则调制器的直流增益为V av 与V ea 的比值

电解电容R1*C1=50~80微法*欧（R1为滤波电容的内阻）

取 50微法*欧

△I=2*输出电流/10=2*6/10=1.2安培

R1=Vpp /△I=0.05/1.2=41.6毫欧

C1=50微法*欧/41.6毫欧=1200uf

瞎做的，一大拖屎堆出来的

！！！！！！！！！！！！！

后面的不对！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

增设单极点、单零点的PI补偿网络

增设单极点、单零点的Pl补偿网络，有的文献称为单极点、单零点补偿网络。图1（a）所示即为增设单极点、单零点的PI网络电路图，图中Z1（s）＝R1，z2（s）＝（1/sC∥CR2+1/s C2）。符号∥表示并联。于是，增设单极点、单零点PI补偿网络的传递函数为

除了积分器1/s产生的极点s＝0外，还有一个零点-1/T Z，一个极点-1/T P，均位于左半S平面。

图1（b）为增设单极点、单零点PI网络的幅频及相频特性，图例中，零点频率fz为505Hz，极点频率fp为50kHz。

图1 增设单极点、单零点的PI补偿网络

图2为应用这种网络（其幅频特性为|Κ|）补偿后的效果。调节对象为考虑电容ESR的Buck开关。

图2 Buck开关电源应用单极点、单零点PI补偿网络补偿后的Bode图