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1、BUC废换器设计报告一、BUC炒换器原理降压变换器(BuckConverter)就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。二、BUC在电路参数计算及器件选择1、BUC侬换器的设计方法利用MATLA序口PSPIC日寸设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。
2、2、主电路的设计指标输入电压：标称直流48V,范围43〜53V输出电压：直流24V，5A输出电压纹波：100mV电流纹波：0.25A开关频率：250kHz相位裕量：60幅值裕量：10dB3、BUC在电路主电路的相关参数：开关周期：TS=l=4X10-6sfs占空比：当输入电压为43V时，da广0.55814当输入电压为53V时，dn=0.45283输出电压：VO=24V输出电流Io=5A纹波电流：△il=0.25A纹波电压：△VL=100mV电感量计算：由AiL=Vin-max-voDTS得:2LL=Vin-m…odinTs
3、=5324X0.4528X4X10-6=1.05X10-4H2、iL20.25电容量计算：由AVLtShTs得：8CC=Ai^Ts=-0^5-X4X10-6=1.25x10-6F8AVl80.1而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C的取值一般要大于该计算值，故取值为120医F。实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常锂电容的ESR在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR甚至高达数欧。ESR的高低与电容的容量、电压、频率和温度等
4、多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取RsR=50mQ。4、主电路的开环传递函数取RsR=50mQ,R=4.8Q,C=120医F,L=105^H,Vn=48V,可得传递函数为：在MATLA冲根据开环传递函数画出Bode图：>>clear>>num0=[2.88e-4,48];>>den1=[1.27313e-8,2.7875e-5,1];>>bode(num0,den1)>>[kg,gm,wkg,wgm]=margin(num0,den1)>>grid相角裕量23.048
5、3,显然不符合设计要求，考虑对其增添闭环控制回路进行校正5、主电路的PSIM仿真电路如下：电流I1波形如下：电压V1波形如下：三、BUC炒换器控制框图BUCKE换器的控制器主要有电压型控制和电流型控制，其各自电路图如下所示①电压型:puke-widthmodulator②电流型:R5冬Q电压型控制原理是将开环电路的输出电压进行采样，采样信号H(s)与基准电压VREF俞送到误差放大器，G(s)设计的有源串联校正PID环节。其输出经过补偿在经过PWM调制后的信号控制开关Q的通断，以此来控制输出电压的稳定，达到闭环控制的目的；电流
6、型控制用通过功率开关的电流波形替代普通PWM勺载波信号,每个开关周期之初，由时钟脉冲置位RS触发器，于是Q1导通，之后iL逐渐增加，当il大于调制信号时，比较器翻转并复位RS触发器，Q1关断。综合考虑难易程度和功能特性，本设计采用电压型控制电路。采用电压型控制电路的BUCK专换器原理框图如下所示：Gd(s)为开环增益，Gc(s)xGw函调节器，H为反馈因子。则该框图的闭环增益为：TGvd(s)H(s)Gc(s)GpwM三、K--因子法设计控制器调节器类型有三种：Type3Type1Type2积分器：^^-20db/decT-
7、&0"PI调节器工加入一个零点.局部斜率平期.并且可提供9始的超前相位.•PID调节器：,加入两个零点,•局部斜率上修,•井且可提供18始的超前相位.PID调节器性能最佳。搭建好闭环电路，确定串联PID校正环节，确定新的开环剪切频率和相位裕量，确定控制回路中各个电阻电容的取值，这一工作可采用K--因子法完成，K--因子法设计步骤是：①确定新的剪切频率；②确定校正前处的相角和校正后的相位裕量，计算需要的相位超前量。计算公式为bc'-c90③基于确定K值，PID调节器公式为：④基于K--因子确定补偿器的零点、极点位置，并计算调节
8、器参数。公式为：⑤校正环节传递函数如下为：取fc15.5kHzc163K23.113计算得校正环节传递函数为四、MATLABSISOTOOL利用以上求得的数据，用MATLAB勺SISOTOOI1具箱可以画出加入补偿器后的传递函数BODE0如下幅值裕量、相角裕量均满足设计要求五、PSIM仿真
