基于PD控制方式的5A开关电源MUITISIM仿真研究_pd控制的psim开关电源

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基于PD控制方式的5A开关电源MUITISIM

仿真研究

学院：电光学院

专业：电气工程及其自动化

班级：

一 绪论

BUCK变换器又称降压变换器、串联开关开关 的供应商稳压电源电源 的供应商、三端开关型降压稳压器降压稳压器 的供应商。Buck变换器是一种结构比较简单，应用十分广泛的DC/DC降压变换器，也越来越多地应用在许多大功率电压变换场合。因此，对其可靠性和可维护性的要求也越来越高。

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Multisim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真;(4)学会使用Multisim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(VIN)：10V； 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IN)：5A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz。

四 主电路功率的设计

（1）buck 电路图

Buck主电路 滤波电容参数计算

输出纹波电压只与电容C的大小及RC有关:

RCVrrVrriL0.2IN

将Vrr50mv,IN5，代入得RC50m

C与Rc的乘积趋于常数，约为50~80*F。本例中取为75*F则：

C75*F1500F35010

滤波电感参数计算

由基尔霍夫电压方程，可知开关管S闭合与导通状态输入电压与输出电压满足以下关系：

iLVVVVLOLONINTONVVVLiLOLDTOFF

假设二极管的通态压降VD0.5V，电感L中的电阻压降VL0.1V，开关管S的导通压降VON0.5V。

11050.10.5LTON所以

50.10.5L1TOFFTOFFTON1110s3fs10010

经计算可得：L24.64H

实际取L25H

负载电阻RLVO/IN5/51

用Multisim软件参数扫描法验证：L25H

输出电压电流纹波

输出电流纹波

输出电压纹波

采用小信号模型分析: 经分析得Buck变换器原始回路增益函数GO(s)为：

GO(s)V1sCRC1H(s)IN

LVm1ss2LCR

假设PWM锯齿波幅值为Vm=1.5V，采样电阻R13,由此可得采样网络传递函数：HSRb/R1Rb0.3

1101S75106GOS0.31.51S24.64106/1S224.641061500106

21.5104S 58212.510S3.710S

用matlab画出GOS的伯德图： 程序： G0(S)num=[1.5*10^(-4)2];den=[3.7*10^(-8)2.5*10^(-5)1];H=tf(num,den);bode(H);[mag,phase,w]=bode(H);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);margin(H);display(pm);display(gm);

五、补偿网络的设计：

设计步骤

步骤1 本设计采用的PD补偿网络进行设计，PD补偿网络的电路图如图所示

PD补偿网络其传递函数为：

GCSK1S/WZ(WZWCWP)

1S/WPGCOR1R211,WP,WZ R0R3C1(R1//R2R3)C1步骤2 确定补偿网络的参数。为了提高穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率fc是开关频率fs的五分之一,即: 1fcfs20 KHz 5设相位裕度m53 极点频率fp0110.83K Hz 2LC224.641061500106112.12K Hz 62RCC275101sinm1sin53206.6KHz 1sinm1sin531sinm1sin532060KHz

1sinm1sin53零点频率 fz0补偿网络要求频率：fzfc补偿网络极点频率：fpfcZ2fZ26.641.47Krad/S

P2fP260377Krad/s令S=0，GO02

GC0fc1fG0p0O2fz2010316.610395.7 3fp827.85260102S31S/WZ12.41105S41.4710 GCSGC095.795.76S1S/WP12.6510S1377103根据上面计算，可绘出PD补偿网络传递函数GC(s)的波特图如图6所示，1 Gc(s)num=[95.7*2.41*10^(-5)95.7];den=[2.65*10^(-6)1];H=tf(num,den);bode(H);[mag,phase,w]=bode(H);[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w);margin(H);display(pm);display(gm);

整个系统的传递函数为：

sG95.712.41105S21.5104G0sGCs12.65106SS12.5105S3.7108S2

num=[2];den=[0.000000037 0.000025 1];g0=tf(num,den);bode(g0);margin(g0);hold on

num=[2.3e-3 95.7];den=[2.65e-6,1];g=tf(num,den);margin(g);hold on num=[2];den=[0.000000037 0.000025 1];f=tf(num,den);num=[2.3e-3 95.7];den=[2.65e-6,1];g=tf(num1,den1);num2=conv(num,num1);den2=conv(den,den1);margin(num2,den2)

步骤3 补偿网络电路中的参数计算

R1R295.7R01377KR3C1141.47KR1//R2R3C1设R1=R2=30K，由上式可得：

R0=0.63K，R3=1.85K，C1=1.43nF（注:在实际电路中，取：R0=0.7K，R3=2K，C1=1.5nF）由于，有20%~100%的负载扰动，20%IN1A5V51A5//RnR2.5 Rn5

六 总电路图的设计

6.1满载运行

（1）总电路图的设计图

（2）总电路的仿真图 9

（3）输出电压纹波

由图可见，加入补偿网络后，输出电压稳定在5V左右。

（4）输出电流纹波

6.2突加突卸80%负载

（1）总电路图的设计图

总电路图设计采用Multisim软件。

Multisim是Interactive Image Technologies(Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

七 心得体会

课程结束是以大报告的形式作为结束的。通过自己学习软件的使用，和主电路参数的计算，使用软件仿真等一步一步把报告做出来。这其中遇到了很多的问题，越烦越没有头绪，只能静下心来请教别人和大家一起摸索。在这过程中，先要学习PD补偿网络，通过计算设计了PD控制小信号模型和传递函数，把具体的电路设计了出来。在整个做报告的过程中，掌握了一定的电力电子建模知识、开关变换器的建模知识；在PD控制方式下开关电源的设计；认识了解并会熟练运用Multisim，Matlab等仿真软件；对开关电源的用途、现状与发展都有了更加深刻的了解。最深刻的体会便是，从一开始看上去很难完成的任务，在你愿意跨出第一步，一部分一部分去完成它的时候，你就会发现事情并不想你想象的那么困难。八、参考文献

[1] 张建生主编.《现代仪器电源》[M].北京：科学出版社2005：1-26.[2] 王兆安，黄俊主编.《电力电子技术》[M].北京：机械工业出版社，2000：94-96.[3] 陈丽兰主编.《自动控制原理》[M].北京：电子工业出版社，2006：73-74.[4] 张卫平主编.《开关变换器的建模与控制》[M].北京：中国电力出版社，2005：134-141.[5] 徐德鸿译.《电力电子系统建模及控制》[M].北京：机械工业出版社，2005：174-180.[6] 张晋格主编.《控制系统CAD》[M].北京：机械工业出版社，2004：128-134.