基于multisim控制方式的1a开关电源仿真研究

CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY报告说明书基于PD控制方式的1A开关电源Multisim仿真研究二级学院：电子信息与电气工程学院专业：电气工程及其自动化班级：班级：10电二学号：姓名：黄石职称：学号：10020412职称：2013年10月1目录一绪论.........................................................................................................................................................................2二实验目的.................................................................................................................................................................2三实验要求.................................................................................................................................................................2四主电路功率的设计.................................................................................................................................................2（1）buck电路...................................................................................................................................................2（2）用Multisim软件参数扫描法计算............................................................................................................3(3)交流小信号模型中电路参数的计算...........................................................................................................4（4）采用小信号模型分析.................................................................................................................................5五补偿网络的设计.....................................................................................................................................................6六总电路图的设计.....................................................................................................................................................7（1）总电路图的设计图.....................................................................................................................................9（2）总电路的仿真图.......................................................................................................................................10七心得体会................................................................................................................................................................11八参考文献...............................................................................................................................................................122一绪论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)：15V；输出电压(VO)：5V；输出电流(IN)：1A；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4-1-1：V115VQ1IRF250R120ΩR3250mΩR45ΩD11BH6212L187.66µHC2250µF7V215V9V100kHz124306buck电路图4-1-1rrrrCLN0.2VVRiI=250mΩ（出于实际考虑选择250mΩ）c*Rc的乘积趋于常数50~80uF，我使用62.5μΩ*F，由式(1)可得RC=250mohm，C=250μF3（出于实际考虑取250μF）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：INOLONLON/VVVVLiTOLDLOFF/VVVLiT设二极管的通态压降VD=0.5V，电感中的电阻压降VL=0.1V，开关管导通压降VON=0.5V。经计算得L=87.66uH。（注：在实际电路中，取L=88μH）（2）用Multisim软件参数扫描法计算：当L=70uH时，输出电压纹波4-2-1当L=80uH时，输出电压纹波如图4-2-2如图4-2-2当L=87.66uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-14图4-2-1当L=90uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-3图4-2-3(3)交流小信号模型中电路参数的计算如下：占空比：gVVD直流增益：gdVDVG0，00lg20ddBdGG双重极点频率：LCfpp21200品质因数：LCRQ0，00lg20QQdB在具有双重极点的传递函数中，频率特性在极点频率附近变化非常剧烈，其中相频特性变5化非常剧烈段的起始频率fa和终止频率fb，由下可以确定：02/1010pQaff02/1010pQbff（4）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：LCsRLssCRVsHVsGCINmO211)(1)(＝286610196.210532.171)105.621(153.05.11sss＝286610196.210532.171105.1873sss假设PWM锯齿波幅值Vm＝1.5V，RX＝3k，Ry＝1.3k，由此可得采样网络传递函数)(sH=0.3，原始回路直流增益)(sAo＝3。双重极点频率:LCfPP14.32114.3200=1.076kHz用matlab画出的G0（s）的伯德图：程序：num=[0.0002253];den=[0.0000000530.0000349941];[mag1,phase1,w1]=bode(num,den);margin(mag,phase,w)6-60-40-2002040Magnitude(dB)101102103104105106-180-135-90-45045Phase(deg)BodeDiagramGm=Inf,Pm=40.3deg(at1.49e+003Hz)Frequency(Hz)如图所得，该系统相位裕度40.3度，穿越频率为1.49e+003Hz,所以该传递函数稳定性和快速性均不好。需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度。使其快速性和稳定性增加。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5所示PD补偿网络其传递函数为：7PZCCssGsG110，PCZ（5）0210RRRGC,131CRP,1321//1CRRRZ（6）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fc=fs/5=20KHz设相位裕度52m。PD补偿网络的零、极点频率计算公式为：KHzffKHzffmmcpmmcz5852sin152sin120sin1sin18.652sin152sin120sin1sin1（7）由式（6）可得：KfKfPPZZ4.36428.422(8)PD补偿网络直流增益为：79588.63176020120200KffAffGPZpcc（9）由式（7）、（8），可得PD补偿网络的传递函数GC(s)为：sssssGC65331074.211034.2179104.3641108.42179（10）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，整个系统的传递函数为：ssssssGsGsGC682636501074.2110196.210532.17110125105001)1034.21(379（11）其波特图如下图所示由Matlab绘制的波特图可知，5.52,9.19mcKHzf,满足设计要求。图1PD补偿网络开环传递函数波特图8图2系统总回路传递函数波特图步骤3补偿网络电路中的参数计算由式（6）的三个计算公式可得：KCRRRKCRRRR8.42//14.364179132113021设R1=R2=30K，由上式可得：R0=0.76K，R3=2K，C1=1.37nF（注:在实际电路中，取：R0=0.8K，R3=2K，C1=1.5nF）由于，有20%~100%的负载扰动，925.65//25252.052.0%20nnNRRRAVAI六总电路图的设计（1）总电路图的设计图6-1-1V115VQ1IRF250L187.66µHC1250µFR1250mΩRL5ΩR33kΩR