Buck电路闭环控制策略研究

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1、Buck电路闭环控制策略研究编号南京航空航天大学电气工程综合设计报告题目学院自动化学院专业指导教师电气工程及其自动化毛玲二O—五年一月电气工程综合设计（论文）报告纸摘要首先，本文对Buck电路的3种闭环控制策略进行了原理分析，比较,并对Buck主功率级电路进行了原理分析和建模，最后完成主电路的参数设计。其次，本文详细阐述了V2控制工作原理，推导V2控制环的传递函数,并且建立小信号模型，对控制器进行优化设计。最后使用SABER2007对BUCK电路的V2控制电路进行了时域频域仿真。关键词：Buck电路，V2控制电气工程综合设

2、计（论文）报告纸耍Abstract错误!未定义书签。第一章概述-1-第二章Buck变换器控制方法简介2.1电压型控制・2.2电流型控制V2控制第三章Buck变换器原理分析及建模Buck变换器传递函数Buck电路的边界条件3.3主功率电路的参数设计第四章V2控制电路分析及设计4.1V2控制原理分析4.2V2控制的buck变换器小信号模型4.3V2控制器优化设计第五章电路仿真5.1V2控制策略频域仿真5.2时域仿真电路和仿真波形电气工程综合设计（论文）报告纸1・1课题背景第一章概述随着CPU运算速度和工作频率的成倍提高，低电压

3、，大电流，小电压容差使微处理器对其供电电源及电源管理系统的要求越来越高。在开关电源的控制技术中，传统的电压型控制仅仅通过检测输岀电压进行单环反馈控制，虽然电路简单，但是对输入电压和负载变化的响应速度慢；电流型控制方法在输出电压检测的基础上又引入电感电流或者开关电流检测，进行双环反馈控制，提高了变换器的响应速度。但是随着微处理器对供电电源及电源管理系统性能要求的不断提高，现有的控制方法已经很难满足负载特性日益苛刻的要求，采用输出电压双环反馈技术的V2控制方法应运而生。1.2课题主要研究内容本文主Buck电路的闭环控制为研究对

4、象，研究Buck变换器的工作原理、控制方式及参数设计方法，着重研究Buck变换器的V2控制。其主耍内容主要分为以下五章：第一章介绍课题研究背景，以及课题研究的主要内容。第二章对三种常见的Buck变换器控制方法进行综述。将三种方法的优缺点进行比较。第三章研究Buck变换器，分析其两者工作模态，推导了Buck变换器功率级模型及稳态传递函数。对主功率电路进行参数设计。第四章从V2控制方案入手，设计控制电路。第五章用Saber软件对电路进行仿真。第六章总结了本文所做的工作。电气工程综合设计（论文）报告纸第二章Buck变换器控制方法

5、简介开关电源由功率级和控制电路两部分组成。控制电路的功能是在输入电压、内部参数、外接负载变化时，调节功率级开关器件的导通时间，使开关电源的输出电压或者电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。2.1电压型控制图1所示为电压型控制Buck变换器，图2为英对应的主要波形。从图1可以看出，电压型控制方法是利用输出电压采样作为控制环的输人信号，将该信号与基准电压Vref进行比较，并将比较的结果放大生成误差电压Veo误差电压V

6、e与振荡器牛成的锯齿波Vsaw进行比较牛成一脉宽与Ve大小成正比的方波，该方波经过锁存器和驱动电路（图中未画出驱动电路）驱动开关管导通和关断，以实现开关变换器输出电压的调节。LVDCVeVDICR・Vp比较器Ve误差放大器Vref基准电压图1电压控制型图2电压控制型波形图・2・电气工程综合设计（论文）报告纸2.2电流型控制电流型控制同时引入电容电压和电感电流2个状态变量作为控制变量,提高开关电源PWM控制策略的性能。由图3和图4可以看出，电流型控制方法和电压型控制方法的主要区别在于：电流型控制方法用开关电流波形代替电压型控

7、制方法的锯齿波作为PWM比较器的一个输入信号。电流型控制方法的工作原理为：在每个周期开始时，时钟信号使锁存器复位开关管导通，开关电流由初始值线性增大，检测电阻Rs上的电压Vs也线性增大，当Vs增大到误差电压也时，比较器翻转，使锁存器输出低电平，开关管关断。直到下一个时钟脉冲到来开始一个新的周期。图3电流控制型图4电流控制型主要波形图2.3V2控制由于V2型控制方法具有优秀的动态性能，适用于电压调整模块等对动态特性要求比较高的场合。由图3和图5可以看出，V2控制方法与电流型控制方法的区别在于：V2控制方法用滤波电容电压采样代

8、替了电流型控制方法中PWM比较器的电流采样输入。输出电压K反馈回来作为2个控制环的反馈量。V2控制方法稳态时的工作原理为：在每个周期开始时，时钟信号使锁存器复位、开关管导通，开关电流iL由初始值线性增大。由于负载电流固定不变，所以该变化的电流完全通过滤波电容的ESR给滤波电容充电，从而在ESR上产生与电