基于片内PID补偿器的高压大功率Buck变换器设计

BUCK电路的PID控制设计及仿真BUCK电路的PID控制设计⼀、实验⽬的DC/DC 变换器可将不可控的直流输⼊变为可控的直流输出，⼴泛应⽤于可调直流开关电源及直流电机驱动中. Buck 变换器是DC/DC 变换器中最具代表性的拓扑结构之⼀.在⼯程实际中， Buck变换器的控制⽅式可以开环和闭环来实现。

其中闭环控制⽅式⼜可分为PI校正，PID控制，fuzzy控制等⽅式。

本⽂⾸先会建⽴Buck 变换器的模型，然后会分别进⾏开环、PI控制器校正，PID控制器校正，并在MATLAB/SIMULINK上进⾏仿真，最后对得出的结果进⾏⽐较。

⼆、设计内容及要求U)：24V（ 20%）1、输⼊电压(iU)：12V（1%稳定度）2、输出电压(oI)：1A3、额定电流(oV≤70mV4、输出电压纹波峰-峰值ppV≤150mV 6、开关5、满载与半载之间的切换时，输出电压纹波峰-峰值pp频率(f)：⽆要求，本设计设定为20kHz三、Buck 主拓扑电路3.1开环Buck 电路图图（1）开环Buck 电路3.2 参数计算与选择（1）占空⽐ 50%o i U D U == （2）滤波电感滤波电感的选择与负载电流的变化范围及希望的⼯作状态有关，假设电路要求⼯作在电感电流连续⼯作状态，则临界电感(1)2f o s oD U L I -= 根据公式代⼊计算可得：-4s (1)(10.5)*12 1.5*102f 2*20000o o U D L H I --===此时L 值为电感电流连续与否的临界值，实际电感值可选为（2～3）倍的临界电感。

这⾥L 取4*104H 。

（3）滤波电容电容的容量，会影响输出纹波电压和超调量的⼤⼩。

在开关关断时为负载供电和减⼩输出电压的纹波，滤波电容C 的选择直接关系开关稳压电源输出中纹波电压分量o U ⼤⼩。

滤波电容C2(1)8o o U D C U Lf-= 根据纹波要求代⼊计算-42-442(1)12*0.5==1.79*1088*0.07*1.5*10*(2*10)o o U D C U Lf -= F 这⾥电容C 取7.5*104F 。

电力电子技术课程设计题目Buck变换器设计Buck变换器设计1 引言目前，各种资料都显示，同步整流技术是近几年研究的热点，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。

采用一般的二极管续流，其导通电阻较大，应用在大电流场合时，损耗很大。

用导通电阻非常小的MOS管代替二极管，可以解决损耗问题，但同时对驱动电路提出了更高的要求[1]。

此外，对Buck电路应用同步整流技术，用MOS管代替二极管后，电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器，为实现双向DC／DC变换提供了可能。

直流电机是人们最先发明、认识和利用的电机，它具有调速范围广，且易于平滑调节，过载、起动、制动转矩大，易于控制，且控制装置的可靠性高，调速时的能量损耗小等优点，在高精度的位置随动系统中，直流电机占据着主导地位[2]。

但是，要将一直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电就要用到直流-直流变流电路。

改变电枢电源电压调速，当电枢电源电压U改变为U U+∆时，理想空载转速，从而导致转速的变化，由于只有0n变化而β未变，故电动机的机械特性硬度不变，因此，即使电动机在低速运行时，转速随负载变动而变化的幅度小，即转速稳定性好，具有调速平滑性好，即可实现无级调速，且附加能量消耗较小，调速效率高。

但由于最高电枢电压受额定电压限制，一般只能实现从基速往下进行调节。

因此，这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛应用[3]。

2 PWM控制要实现buck变换器的功能，必须要用到PWM控制，它在闭环回路中起着不可或缺的作用。

本次设计中，用到的PWM控制芯片是SG3525.2.1 PWM控制芯片SG3525功能简介SG3525系列脉宽调制器控制是电流控制型PWM控制器。

在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。

由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

BUCK 电路PID 控制器设计及仿真本文在BUCK 电路传递函数的基础上对BUCK 电路的开环特性进行了分析，并利用MATLAB 的SISOTOOL 工具箱设计了PID 控制器，然后用以运放为核心搭建了PID 控制器硬件电路，最后在PSIM 上对BUCK 电路进行闭环仿真。

1. 设计指标输入直流电压(Vin)：28V 输出电压(Vo)：15V 基准电压(Vref)：5V 开关频率(fs)：100kHz 三角载波峰峰值：Vm=4V图1为Buck 变换器主电路，元件参数如图所示：3图1 buck 变换器主电路2. PID 控制器设计2 .1原始系统分析BUCK 变换器构成的负反馈控制系统如图3.1所示：图2 BUCK 变换器闭环系统其中Gvd(s)为占空比至输出电压的传递函数， Gm(s)为PWM 脉宽调制器的传递函数， H(s)表示反馈分压网络的传递函数，Gc(s)是误差信号E(s)至控制量Vc(s)的传递函数，为补偿网络的传递函数。

本系统中，PWM 调制器的传递函数为：ˆ1ˆ4m c m d(s)1G (s)== =v (s)V （1）式中，Vm 为PWM 调制器中锯齿波的幅值。

反馈分压网络的传递函数为：Hs=VrefVo=515=13（2）占空比至输出电压的传递函数为：Gvds=VoD11+sLR+s2LC（3）其中Vo=15V ，D=VVin=1528=0.536，L=50μH ，R=3Ω，C=500μF 。

将参数代入式（3）可得，Gvds=282.533×10-8s2+1.675×10-5s+1 （4） 对于BUCK 变换器系统，其回路增益函数G(s)H(s)为 GsHs=GcsGmsGvdsHs=GcsGos （5） 式中，Gos=GmsGvdsHs（6）为未加补偿网络Gcs 时的回路增益函数，称为原始回路增益函数，将式子（1）、（2）、（4）可得本系统中原始回路增益函数Gos=283.04×10-7s2+ 0.000201s+1 （7）根据式（7）可做出系统原始回路增益函数波特图如图3所示：图3 原始回路增益函数波特图从图3中可以看出穿越频率为fc=1.82kHz ，相位裕度为ψm=4.72deg ，从表面上看，系统是稳定的，但是如果系统中的参数发生变化，系统可能会变得不稳定；另外穿越频率太低，系统的响应速度很慢。

BUCK变换器设计BUCK变换器设计报告⼀、BUCK变换器原理降压变换器（Buck Converter）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、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器的设计⽅法利⽤MATLAB和PSPICE对设计电路进⾏设计，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、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、BUCK主电路主电路的相关参数：开关周期：T S=s f1=4×10-6s占空⽐：当输⼊电压为43V时，D max=0.55814当输⼊电压为53V时，D min=0.45283 输出电压：V O=24V 输出电流I O=5A纹波电流：Δi L=0.25A纹波电压：ΔV L=100mV电感量计算：由Δi L=2L v-V omax-in DT S得：L=L o max -in i 2v -V ΔD min T S=25.022453?-×0.4528×4×10-6=1.05×10-4H 电容量计算：由ΔV L =C i L 8ΔT S 得：C=L LV 8i ΔΔT S =1.0825.0?×4×10-6=1.25×10-6F 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120µF 。

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。

buck型变换器数字pid控制器设计方法研究首先，我们介绍 Buck变换器的概念。

Buck变换器是一种常见电路，用于将高电压输入分解成较低的电压输出。

它通常包括一个半桥逆变器、一个控制电路和一个变换器芯片。

这种结构使得Buck型变换器具有调节输出电压和电流的功能，因此可以用来实现智能控制和自动化控制。

Buck型变换器具有良好的负载调节能力，而且不受消耗的影响。

其次，本文详细介绍了如何使用buck型变换器实现数字PID控制。

首先，将Buck型变换器接入现有的设备电路，然后利用芯片控制器将PID参数参数化，并经过反馈迅速调节输出电压。

其次，本文还介绍了如何利用Buck型变换器实现实时数字PID控制，其基本原理是通过检测负载参数，计算出PID的控制量，并对输出电流进行修正。

最后，本文介绍了如何在Buck型变换器上使用数字PID控制器实现智能控制。

在实现这种智能控制的过程中，需要确定关键参数，然后将这些参数输入到控制器中，实现智能控制。

本文基于以上技术，可以指导实际应用中如何使用Buck型变换器实现数字PID控制。

首先，要明确利用Buck型变换器来实现数字PID控制的目标，然后根据不同的应用场景和相应的负载要求来选择合适的参数，并确定合适的控制策略。

接着，通过控制器设计并编程，实现控制策略，实现高精度、低消耗、高灵活性的控制效果。

此外，通过分析实验结果，可以对控制策略进行相应的调整，以达到实际应用的最佳效果。

本文介绍了 Buck变换器数字PID控制器设计方法研究。

如今，基于Buck型变换器的数字PID控制器被广泛应用于智能控制、实时调节等领域，为实现精确控制和节能减排发挥了重要作用。

因此，对Buck型变换器数字PID控制器技术的研究将有助于进一步拓展其应用范围，从而为实现智能控制、节能减排等科学目标做出重要贡献。

基于抗饱和PI调节器的BUCK变换器的设计与实现作者：江澜蔡文来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2013年第01期摘要：基于DSP设计并实现了一种抗饱和的数字PI调节器，将其应用于BUCK变换器的电压、电流双闭环系统设计中，并在一台功率为5.5KW的实验样机上进行了实验研究.实验结果表明：该变换器具有良好的静态、动态性能，验证了该PI调节器设计的有效性.关键词：双闭环； PI调节器； BUCK变换器中图分类号： TP 272文献标识码： A文章编号： 1000-5137（2013）01-0020-050引言PID控制是发展最早、应用最广的一种控制策略，由于其算法简单、鲁棒性较好、可靠性高，被广泛应用于各类工业控制的算法设计中[1-2]，特别在不完全了解一个系统或被控对象的实际参数，或不能通过有效的测量手段来获得准确的系统参数时，往往采用PID控制[2].在电力电子变换器的设计中，由于系统本身是一个非线性、时变系统，因而常常采用PID 控制器进行设计.在实际应用中，由于系统对快速性的要求不那么高，因而在系统设计中常常采用PI调节器[1].在PI调节器的设计中，若PI算式中的积分量积累了过大数值，以至于超出执行元件的极限能力，就会出现积分饱和现象[1-2]，进而影响系统性能.本文作者基于TI公司的DSP2812设计并实现了一种抗饱和的数字PI调节器，将其应用于BUCK变换器的控制中，采用电流、电压双闭环控制[3]，取得了良好的动、静态性能.4结论由于PID参数直接影响着控制效果的好坏，本文作者采用工程整定方法，依赖工程经验，直接在控制系统的实验中进行PI参数整定[2]，方法简单、调整方便.将有抑制饱和积分功能的PI调节器运用于BUCK变换器的电压外环、电流内环的设计中，起到了稳压限流的作用，系统取得了良好的动、静态性能[6].实验结果验证了设计的有效性.参考文献：[1]ALI E，ALIREZA K，ZHONG N，et al.连晓峰译.集成电力电子变换器及数字控制 [M].北京：机械工业出版社，2011.[2]白志刚.自动调节系统解析与PID整定 [M].北京：化学工业出版社，2012.[3]BUTI B，NAGY I.Stability analysis of PWM-controlled dual channel resonant buck converter using PI controller [C]∥IEEE SPEEDAM 2006，Palazzodei Congressi Taormina：IEEE Inc，2006：208-213.[4]杜飞，林欣.电力电子技术的MATLAB仿真 [M].北京：中国电力出版社，2009.[5]曹霞，关振宏，黄栋杰，等.Buck变换器在Matlab/Simulink下的仿真研究 [J].电器开关，2009，47（6）：23-25.[6]BRADLEY M，ALARCON E，FEELY O.Analysis of limit cycles in a PI digitally controlled buck converter [C]∥IEEE ISCAS 2012，Seoul：IEEE Inc，2012：628-631.（责任编辑：包震宇）。

本科毕业设计（论文）摘要在很多需要DC-DC变换的系统，往往需要研制一种宽电压输入范围的DC/DC 变换器电源。

在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，本文选用了Buck-Boost作为系统的主电路拓扑。

本文介绍了Buck-Boost电路的工作原理，建立了理想Buck-Boost模型，对整个电路进行了主电路参数设计，并在此基础上进行了电压电流闭环参数设计的研究，实现了控制理论中零极点补偿法在电力电子中的应用，。

接着，本文在protel 中进行了原理图和PCB图的设计，在设计的硬件电路上进行了测试实验。

为了使系统能够在宽电压输入范围内稳定正常工作，本文实现了提出的闭环参数设计方法，指出了该方法的优点，并通过实验验证了该方法的正确性。

关键词：Buck-Boost；DC/DC变换器本科毕业设计（论文）毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。

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保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

作者签名：指导教师签名：日期：日期：本科毕业设计（论文）注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

基于自整定模糊PID控制的Buck变换器设计与仿真摘要：本文针对Buck变换器的控制问题，使用自整定模糊PID控制算法进行设计和仿真。

首先对Buck变换器的工作原理和基本结构进行了介绍和分析，接着详细阐述了自整定模糊PID控制算法的基本原理和优点。

通过对仿真环境的搭建及参数的设定，对比了传统PID控制算法和自整定模糊PID控制算法的调节效果。

结果显示，自整定模糊PID控制算法具有更快的响应速度和更好的稳态性能，能够有效地解决Buck变换器的控制问题。

关键词：Buck变换器；自整定模糊PID控制；仿真正文：Buck变换器是一种常见的直流-直流变换器，主要应用于电子设备中的电能转换和电源管理。

作为一种负载变量调节器，Buck变换器的运行需要精确的控制和调节。

传统的PID控制算法虽然常用，但是在控制精度和性能方面存在不足。

为此，本文采用自整定模糊PID控制算法进行Buck变换器的控制设计和仿真。

首先，对Buck变换器的工作原理进行了简要介绍。

Buck变换器是一种开关型电源，通过控制输入电压的占空比来控制输出电压。

其基本结构由开关管、电感、电容和负载组成，电感和电容的大小是控制Buck变换器输出电压的主要参数。

理论上，当输入电压和输出电流相等时，Buck变换器的输出电压为固定值。

但是在实际应用过程中，由于负载变化等原因，可能导致输出电压的不稳定和波动。

针对Buck变换器的控制问题，本文提出了一种自整定模糊PID控制算法。

相比于传统PID控制算法，自整定模糊PID控制算法具有更好的自适应性和不确定性处理能力。

通过对模糊控制器的模糊化、数据归一化、模糊推理和去模糊化等操作，可以实现对Buck变换器的精确控制和调节。

在仿真方面，本文采用MATLAB软件中的Simulink工具箱进行了仿真环境的搭建和参数的设定。

通过对比传统PID控制算法和自整定模糊PID控制算法的调节效果，可以发现自整定模糊PID控制算法具有更快的响应速度和更好的稳态性能。

科技与创新┃Science and Technology & Innovation·12·文章编号：2095－6835（2016）22－0012－03基于继电反馈的PID 自整定方法在Buck-Boost 电路中的应用刘羽西，孙培德（东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620）摘 要：DC-DC 变换器在电力电子和通信等领域中有广泛应用，Buck-Boost 电路是其最典型的一种。

采用PID 算法对Buck-Boost 电路参数进行了调节，并结合继电反馈技术实现了参数的自整定。

通过MATLAB 仿真，得到了一种优化的系统参数调节方法，实现了PID 参数随系统内部参数变化的自调节，实现了最优控制，该方法具有较强的可应用性。

关键词：Buck-Boost 电路；PID 自整定；继电反馈；DC-DC中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.22.012自20世纪30年代PID 调节器出现开始，在众多领域都得到了广泛应用。

随着控制技术的发展，PID 控制器得益于其优良的控制性能，至今仍广为使用。

在DC －DC 变换器中，大多数电源采用传统的PID 控制器闭环电路以保证输出电压和电流的稳定。

因此，PID 控制器的性能直接关系到生产的平稳、高效运行和产品的最终质量，而PID 控制器的性能主要体现在参数的整定上。

PID 调节器悠久历史，其参数整定方法众多，对于不同的控制要求，其参数整定算法不尽相同。

参数整定既要考虑收敛性，还要综合负载干扰、过程变化的影响，并根据尽可能少的信息和计算量给出较好的结果。

1 Buck-Boost 控制电路1.1 电路原理Buck-Boost 变换电路是由降压式和升压式两种基本变换电路混合串联而成，其原理图如图1所示。

图1 Buck-Boost 变换电路原理图设输入电压为直流100 V ，输出电压为直流48 V ，输出功率为500 W ，开关管的开关频率为100 kHz 。

基于自适应PID控制的Buck变换器设计与实现孙永军;周茜;赵国强;黄海波【摘要】Buck converter with smaller part and simple control, etc. , is widely used in microprocessor power supply voltage of the module architecture. Most of the current engineering buck circuit uses conventional PID controller. But there are some problems, such as parameters tuning complexity, debugging with longer time, and other shortcomings. Combined with the fuzzy controller and PID controller, the PID controller parameters is realized on-line self-tuning by using fuzzy logic control. Theoretical analysis and simulation result show that the adaptive PID control has more advantages.%Buck变换器具有器件少、控制简单等优点，已被广泛应用于微处理器供电的电压模块构架中，但目前工程上的Buck电路大多采用常规PID控制器，存在着参数整定复杂，调试时间长等缺点。

通过把模糊控制器与PID控制器相结合，利用模糊逻辑控制实现了PID控制器参数在线自调整。

理论分析和仿真结果表明，采用自适应PID控制具有更多的优点。

【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】5页(P1-4,8)【关键词】Buck变换器;模糊控制;PID控制器;在线调整【作者】孙永军;周茜;赵国强;黄海波【作者单位】开滦集团唐山矿业分公司,河北唐山063000;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁省电力有限公司铁岭供电公司,辽宁铁岭112400【正文语种】中文【中图分类】TP273.4Abstract:Buck converter with smaller part and simple control，etc.，is widely used in microprocessor power supply voltage of the module architecture.Most of the current engineering buck circuit uses conventional PID controller.But there are some problems，such as parameters tuning complexity，debugging with longer time，and otherbined with the fuzzy controller and PID controller，the PID controller parameters is realized on-line self-tuning by using fuzzy logic control.Theoretical analysis and simulation result show that the adaptive PID control has more advantages.Keywords:Buck converter;fuzzy control;PID controller;on-line adjustment 近年来随着电力电子技术的快速发展和中小功率电源的广泛应用，人们对电源的高效率、高功率密度、高稳压精度和快响应速度等性能要求也不断提高，一些应用于开关电源的新控制算法纷纷得以研究和应用。

基于PID控制方式的8A开关电源Psim仿真研究学院：延陵学院专业：电气工程及其自动化班级：07电Y2姓名：**学号：********时间：2010年12月12日现代仪器电源课程综合论文1.引言开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。

为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。

粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。

但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。

例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。

所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。

常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。

PD 控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。

本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。

2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计Buck变换器最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck 族。

现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。

2.1设计指标输入直流电压(V IN)：15V；输出电压(V O)：5V；输出电流(I I N)：8A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：1.5V；开关频率(f s)：100kHz。

目录 一、引言 ................................................................................................................................................................................ 1 二、设计指标 ........................................................................................................................................................................ 1 三、主电路参数设计............................................................................................................................................................. 1 四、原始回路的设计............................................................................................................................................................. 3 五、补偿网络的设计............................................................................................................................................................. 5 六、系统仿真 ........................................................................................................................................................................ 8 七、小结 .............................................................................................................................................................................. 12 参考文献 .............................................................................................................................................................................. 12一、引言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，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压的功能等。

基于PID算法的Buck型开关电源环路补偿研究
胡柏威;龙顺宇;蒋冠东;蔡世通
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2024(37)6
【摘要】针对传统Buck型开关稳压电源环路补偿设计复杂的问题,提出了一种基于数字PID算法进行环路补偿的控制策略,在对Buck型变换器进行建模分析的基础上,加入数字PID算法进行改进,并对改进前后的系统进行建模分析。

仿真结果表明,设计系统的相位裕度为78.5°,穿越频率为56 kHz,相关参数符合预设。

在样机测试阶段,设定输出电压为20 V,空载输出纹波为26 m V,负载调整率等指标满足一般需求,相关实验证明了该方法的可行性,可按需应用于Buck型开关稳压电源场景中,以改善环路及输出稳定性。

【总页数】3页(P152-154)
【作者】胡柏威;龙顺宇;蒋冠东;蔡世通
【作者单位】海南热带海洋学院海洋信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM4
【相关文献】
1.电压型BUCK变换器环路补偿器设计及仿真
2.基于buck电路开关电源的小信号模型及环路设计
3.电压模式Buck电路中TypeⅢ型环路补偿优化方法
4.基于PID 控制的Buck型开关电源研究
5.一种Buck-Boost开关电源环路补偿电路设计
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基于自整定模糊PID控制的Buck变换器设计与仿真王淯舒;孙培德;吕蕾【期刊名称】《自动化与信息工程》【年(卷),期】2014(000)005【摘要】The PID controller’s structure is simple and has some characteristics of strong robustness and high reliability, but it cannot adjust PID parameters along with the change of interior parameters of the system, so that it cannot achieve optimal control. Aiming at this problem, we design a kind of PID control algorithm based on fuzzy control theory whose parameters can be self-tuning on line. The algorithm for the typical Buck converter is simulated by using Matlab2012. The simulation results show that the fuzzy PID controller can not only achieve high accuracy and high robustness control, but also can self-tuning PID parameters online.%DC-DC功率变换器在各个领域应用广泛，工业应用中大多采用PID控制。

尽管PID控制具有结构简单、鲁棒性和可靠性高等特点，但PID参数不能随系统内部参数的变化而自行调整，导致无法达到最优控制。

Buck 变换器的闭环回路设计之PID 调节已知20,5,1~10,100in o s V V V V R f kHz ===W W =,根据这些参数设计一个ccm 模式下的闭环buck 变换器，使其纹波电压不超过输出电压的0.5%。

1.确定电容电感大小根据张占松《开关电源原理与设计》上的公式计算所需电感和电容的大小。

L搭图1 buck 开环仿真电路图设置pwm_switch 的开关频率为100kHz ，占空比D=0.25.最终得到电感电流和输出电压波形如下图所示。

图3 开环buck 输出电压波形图由图3知，当电路稳定时，输出电感电流的平均值为0.4364L I A =，电感电流的峰峰值0.7861PK I =。

显然有12PK L I I <，所以可知电路确实工作在ccm 模式。

将电感电流的波形图进行局部放大，可以发现 buck 确实工作在ccm 模式。

纹波电压为0.01V，在要求的范围内。

所以，对于仿真来说，所选取的电容和电感的大小是合理的。

图5 buck开环传递函数粗略幅频特性曲线利用在matlab 下运行如下脚本：Vin=20;l=50e-6;c=500e-6;r=1;rc=0.01;rl=0.25; omeg0=1/(l*c)^0.5; omegz=1/rc/c; omegzl=rl/l; Q=r/(l/c)^0.5;G1=tf(Vin*[1/omegz 1],[1/omeg0^2 1/Q/omeg0 1]); margin(G1);了。

常用的补偿方式有比例补偿，PI 补偿，PD 补偿，PID 补偿等等。

我们只要选取一种补偿方式使其相位裕度大于等于45°，幅值裕度大于7db 就可以了。

我们选取补偿后的穿越频率211010c s f f kHz ==，对应的角频率为4222 6.2810/c c f rad s w p ==´，利用matlab 的点捕捉功能，在图上捕捉出角频率为2c w 的点，如下图所示。

buck型变换器数字pid控制器设计方法研究本文旨在探讨buck型变换器数字pid控制器设计方法。

随着智能控制技术、信号处理技术和微处理器技术的发展，数字式控制系统已成为当今应用最为广泛的控制系统方式。

Buck型变换器的运行体系中应用了数字控制技术，其对负载响应能力强、稳定性、可靠性高等特点在不同领域有着广泛的应用。

本文针对 Buck型变换器的运行体系，采用PID（比例积分微分控制）控制算法，运用数字控制器实现其输出电压的精确调节，进而来改善系统电压精度和稳定性。

首先，介绍数字控制式交流调压器的工作原理。

Buck型变换器是中频强化调压器的一类，其由可控硅开关和中频磁电感元件组成。

可控硅开关为半桥可控硅，其是由两向开关管型可控硅（也可称为双极可控硅）和中通极可控硅组合而成。

当控制信号输入时，可控硅在其对应的极性之间反复接通，从而在中频磁电感元件中形成并联调压场，调节输出电压。

其次，本文介绍数字PID控制算法。

PID控制是一种基于经典控制理论的控制方式，它会同时将比例 (Proportional)、积分(Integral)微分 (Derivative)制算法结合，以改善系统的控制精度及响应能力。

虑到实际情况，采用 PID制器可以有效地抑制变换器的输出电压波动，并提高系统的精度及响应能力。

再者，本文提出如何设计数字pid控制器。

数字PID控制采用数字控制器来实现，其依据控制算法计算出来的数值作为可控硅的控制信号，控制可控硅对中频磁电感元件之间的连接时间，从而调节输出电压和电流。

首先，根据实际情况确定可控硅的极性分布，确定可控硅的控制信号电压范围，确定可控硅的控制频率。

然后，编制其PID 控制算法，根据设计条件，设定PID控制系数，确定调节环路的放大系数，编制出控制程序。

最后，将实现的数字PID控制程序下载到控制器中，在实际应用中测试数字PID控制算法，分析其精度及稳定性，以满足系统调节要求。

最后，本文还提出使用数字PID控制器设计Buck型变换器的一些可行的优化方法。

Buck型变换器数字PID控制器设计方法研究
王旭峰;陈维荣;彭飞;冒波波
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2010(027)004
【摘要】Buck型变换器包括Buck变换器及其衍生的全桥变换器.文中以Buck型变换器为控制对象,给出了频域补偿设计中模拟PID控制器的零极点配置原则,实现了其比例、积分、微分系数的整定.在此基础上,运用连续系统离散化方法,最终完成数字PID控制器的参数设计.MATLAB/SIMULINK仿真结果表明,通过上述方法设计实现的数字PID控制器能够满足系统的控制要求,输出响应具有良好的静态与动态特性.
【总页数】3页(P1-3)
【作者】王旭峰;陈维荣;彭飞;冒波波
【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】TM461.5
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