电力电子技术课程设计BUCK开关电源闭环控制的仿真研究80V60V.docx

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/60V 2016年6月 目录 TOC \o 1-4 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc454391503 一、课题背景 PAGEREF _Toc454391503 \h 3 HYPERLINK \l _Toc454391504 1.1 BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律 PAGEREF _Toc454391504 \h 3 HYPERLINK \l _Toc454391505 1.2 BUCK电路的工作原理 PAGEREF _Toc454391505 \h 4 HYPERLINK \l _Toc454391506 二、目的 PAGEREF _Toc454391506 \h 5 HYPERLINK \l _Toc454391507 三、设计要求 PAGEREF _Toc454391507 \h 5 HYPERLINK \l _Toc454391508 四、设计步骤 PAGEREF _Toc454391508 \h 6 HYPERLINK \l _Toc454391509 （一）主电路参数设计 PAGEREF _Toc454391509 \h 6 HYPERLINK \l _Toc454391510 （二）滤波电感L的计算 PAGEREF _Toc454391510 \h 6 HYPERLINK \l _Toc454391511 （三）闭环系统的设计 PAGEREF _Toc454391511 \h 6 HYPERLINK \l _Toc454391512 五、总结和心得 PAGEREF _Toc454391512 \h 10 HYPERLINK \l _Toc454391513 六、参考文献 PAGEREF _Toc454391513 \h 10 HYPERLINK \l _Toc454391514 七、附录 PAGEREF _Toc454391514 \h 11 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S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为： ，此增量将产生一个平均感应电势： 此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。 1.2 BUCK电路的工作原理 1.2.1电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析 （1）晶体管导通状态 VD关断，依据等效电路拓扑， 由于电路频率很高，一个周期内 和 基本维持不变，可视为固定值， 为常数，电流变化为线性。 ，， 。 （2）二极管VD导通模式 晶体管关断，电感续流，二极管导通 ， 同样，由于 视为维持不变，则输出电流线性减小。 ，，，。1.3BUCK电路应用 主要应用于低压大电流领域，其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管