基于multisim控制方式的1a开关电源仿真研究资料
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PD控制方式的1A开关电源Multisim
基于PD控制方式的1A开关电源Multisim仿真研究学院：电气与光电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：引言开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源。
它以小型、高效、轻量的特点被广泛应用于各种电子设备中。
开关电源控制部分绝大多数是按模拟信号来设计和工作的，其抗干扰能力不太好，信号有畸变。
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。
1.Buck 变换器主电路设计1.1技术指标输入直流电压（V IN ）：10V 输出电压（V O ）：5V 输出电流（I N ）：1A 输出纹波电压（V rr ）：50mV 基准电压（V ref ）：1.5V 开关频率（f s ）：100KHZ图1 1.2主电路各参数计算 滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C 的大小以及用量有关 （1）Ω=⨯=⨯=∆=m I V i V R N rr L C 25012.0502.0rr 但C 与R C 的乘积趋于常数,约为50～80µΩ·F 。
本例中取为75µΩ·F 。
由式( 1) 可得：-375FC==300F25010μμΩ⋅⨯Ω1.3滤波电感参数计算根据基尔霍夫电压方程,可知开关管S 闭合与导通状态输入电压和输出电压满足如下关系:）（3T i L V V V OFFLD L O ∆=++ 假设二极管通态压降V D =0.5V ，电感L 中的电阻压降V L =0.1V ，开关管S 导通压降V ON =0.5V 。
ONT 2.0L 4.45.0-1.0-5-10⨯== ONT s -⨯==++μ102.0L 6.55.01.05由 fT T off on 1=+，解得T ON =5.6µs，L=123.2µH。
1.4采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真 输出电压和电流以及输出纹波如下： 当L=113.2uH 时图2）（2T i V -V -V -V ONLONL O IN ∆=图3 当L=123.2uH时图4图5 当L=133.2时图6图7当L=123.2µH 时，电感电流在0.90～1.10之间脉动，符合Δi L ≤0.2I N =0.2。
基于Multisim 10的高品质开关稳压电源的设计与仿真解读
[摘要]稳压电源是实现电源转换和电力输送的重要设备。
当今时代，农业，能源，交通，通信和电力行业等领域发展迅速，同时也对电源提出了更高的要求，如节能，轻便，节材，环保，安全，可靠等方面。
这就使得电源工作者不断追求探索相关的技术，做出更好的电源产品，以满足各行各业的需求。
开关电源是一种新型电源设备，相比传统的线性电源，它的科技含量高，低能耗，使用方便，并取得了良好的经济效益。
本文介绍了开关电源的工作原理、各种工作方式，它的长处和短处，设计方法以及开关电源未来设计方向，并在此基础上，对开关电源进行设计。
设计分成三个模块，即辅助电源模块， PWM控制模块和升压电路部分，其中PWM控制模块为本电路的核心。
确定电路设计方案后，使用Multisim 10对电路进行仿真，并对电路参数进行优化配比，力图使电路脉动小，输出电压是稳定、范围可调，从而达到设计的要求。
[关键词] 开关电源，脉宽调制，稳压，Multisim 10[Abstract]：Regulated power supply is the important equipment to achieve the power conversion and electricity transmission. In modern times,agriculture, energy, transportation, communications and power industry are all in fast development. Power supply must undertake the more responsibility such as energy, materials, weight reduction, environmental protection, safety and reliability. This has been making the power workers continuously explore related technologies, to make the better products in order to satisfy the demands of all walks of life. Switching power supply is a new type of power equipment, compared with the traditional linear power supply, it has a higher technological content, low energy consumption, easy to use, and has achieved good economic benefits.This paper describes the various working principle and all kinds of way to work of switch power supply, its advantages，disadvantages,design method and its design direction in the future. Then we begin to design the switching power supply based on the above. Design is divided into three modules, namely the auxiliary power supply module, PWM control module and a booster circuit, Among them，PWM control module as the core of the circuit. After determine the circuit design, using the Multisim 10 to simulate the circuit, and optimized and matched the circuit parameters as far as possible to make circuit pulse small, make the output voltage stable, adjustable range, to achieve the design requirements.[Key words]：switch power supply, pulse width modulation, voltage regulator, Multisim 10.目录1 绪论 (1)1.1开关电源的发展背景 (1)1.2 开关电源的基本原理与组成特点 (1)1.2.1 开关稳压电源的基本工作原理 (1)1.2.2开关电源的特点 (2)1.2.3开关电源的基本原理 (3)1.3 开关电源的分类 (3)1.4 开关稳压电源的发展 (6)1.4.1国际发展史状况 (6)1.4.2国内发展情况 (7)1.5 稳压开关电源的发展趋势 (7)1.6 开关电源的技术指标与基本设计要求 (9)2 开关变换电路 (11)2.1 滤波电路 (11)2.2 反馈电路 (11)2.2.1 电流反馈电路 (11)2.2.2 电压反馈电路 (12)2.3 电压保护电路 (12)3 UC3842电流型控制器 (14)3.1 UC3842简介 (14)3.1.1 UC3842的特点 (14)3.1.2 UC3842的引脚及其功能 (14)3.1.3 UC3842的内部结构 (15)3.2 UC3842的典型应用电路 (16)3.2.1 UC3842控制的同步整流电路 (16)3.2.2反激式开关电源 (18)3.2.3 升压型开关电源 (18)4 利用UC3842设计开关稳压电源 (20)4.1 电源设计基本指标 (20)4.2 具体电路设计 (20)4.2.1 启动电路 (20)4.2.2 PWM脉冲控制驱动电路 (22)4.2.3 电路输出部分的设计 (24)4.3 电路整体分析 (28)5 开关稳压电源的测试及仿真 (29)5.1 仿真软件Multisim 10概述 (29)5.2 仿真结果 (30)5.3 设计问题及解决方法 (32)总结 (33)致谢 (34)参考资料 (35)1绪论1.1开关电源的发展背景在20世纪80年代以前，作为线性电源的跟新换代产品，开关电源也主要用于小功率场合。
最新基于PI控制方式的1A开关电源MATLAB仿真研究
基于PI控制方式的1A开关电源MATLAB仿真研究学院：电气与光电工程学院专业：电气工程及其自动化班级：目录0 绪论 --------------------------------------------------------------------- 21 设计要求 ----------------------------------------------------------------- 22 主电路参数计算 ----------------------------------------------------------- 22.1 电容参数计算 --------------------------------------------------------- 3 2.2 电感参数计算 --------------------------------------------------------- 33 补偿网络设计 ------------------------------------------------------------- 43.1原始系统的设计 -------------------------------------------------------- 43.2补偿网络相关参数计算 -------------------------------------------------- 54 负载突加突卸 ------------------------------------------------------------- 94.1满载运行 -------------------------------------------------------------- 94.2突加突卸80%负载 ------------------------------------------------------ 114.3 电源扰动20% --------------------------------------------------------- 125 小结 -------------------------------------------------------------------- 13参考文献 ------------------------------------------------------------------ 140 绪论开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。
基于Multisim的升压直流稳压电源的仿真
直流稳压电源最基本的应用遍布于我们的生活中。笔记本电脑、MP3以及很多数码产品的电源充电器都属于稳压电源，大部分电子产品的外置电源也是稳压电源。业余电台爱好者必备的、为家中固定电台供电的13.8V电源更是典型的稳压电压。直流稳压电源为我们使用电台提供了一个稳定的低压直流源。
直流稳压电源的意义在于可以替代电池提供稳定、可控的直流电源，其输出的电压稳定程度要优于普通电池。稳压电源输出电压易于控制，可满足各种应用的需要。通常，用于实验和维修的稳压电源都安装有电压和电流表指示装置，以实时监控电源输出状态，使用起来比临时用万用表测量供电电压和电流方便实用得多。不少多功能的稳压电源还具备恒流源功能、电压跟踪功能、可调过流保护功能等，进一步扩展了稳压电源的应用。
开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。
1.1.1
自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。对于这些要求，传统的线性稳压电源无法实现，和线性稳压电源相比，稳压电源具有以下的一些优越性:(1)效率高(2)稳压范围宽(3)体积小重量轻(4)安全可靠
直流稳压电源的意义在于可以替代电池提供稳定、可控的直流电源，其输出的电压稳定程度要优于普通电池。稳压电源输出电压易于控制，可满足各种应用的需要。通常，用于实验和维修的稳压电源都安装有电压和电流表指示装置，以实时监控电源输出状态，使用起来比临时用万用表测量供电电压和电流方便实用得多。不少多功能的稳压电源还具备恒流源功能、电压跟踪功能、可调过流保护功能等，进一步扩展了稳压电源的应用。
开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。
1.1.1
自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。对于这些要求，传统的线性稳压电源无法实现，和线性稳压电源相比，稳压电源具有以下的一些优越性:(1)效率高(2)稳压范围宽(3)体积小重量轻(4)安全可靠
开关电源 之BUCK变换器工作原理及Multisim实例仿真
I(f req): 22.3 kHz
D1 1N5824
A PR1
PR3
V
3
V: 5.71 V V(p-p): 29.3 mV V(rms): 5.73 V V(dc): 5.70 V V(f req): 22.3 kHz
C1
R1
22பைடு நூலகம்µF
5Ω
根据上图仿真结果，则有：
1.14 5.7 0.58 12
93.36%
其中，开关 K1 代表三极管或 MOS 管之类的开关管（本文以 MOS 管为例），通过矩形波 控制开关 K1 只工作于截止状态（开关断开）或导通状态（开关闭合），理想情况下，这两种 状态下开关管都不会有功率损耗，因此，相对于线性电源的转换效率有很大的提升。
开关电源调压的基本原理即面积等效原理，亦即冲量相等而形状不同的脉冲加在具有惯 性环节上时其效果基本相同，如下图所示：
理想的 MOS 管在工作时（即导通或截止）的压降及流过其中的电流应如下图所示：
9
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
DS
Author: Jackie Long
D
其中，VDS 表示 MOS 管两端的压降，而 ID 表示流经 MOS 管的电流，在任意时刻，VDS 与 ID 都会有一个参数为 0，因此消耗的功率 P=U×I 也应当是 0，但是实际 MOS 管的开关与 闭合都是需要过渡时间的，真实的开/关状态如下图所示：
同样是从输入电源 10V 中获取 5V 的输出电压，线性稳压电源的有效面积为 5×T，而对 应在开关稳压电源的单个有效周期内，其有效面积为 10×T×50%（占空比）=5×T，这样只要 在后面加一级滤波电路，两者的输出电压有效值（平均值）是相似的。
D1 1N5824
A PR1
PR3
V
3
V: 5.71 V V(p-p): 29.3 mV V(rms): 5.73 V V(dc): 5.70 V V(f req): 22.3 kHz
C1
R1
22பைடு நூலகம்µF
5Ω
根据上图仿真结果，则有：
1.14 5.7 0.58 12
93.36%
其中，开关 K1 代表三极管或 MOS 管之类的开关管（本文以 MOS 管为例），通过矩形波 控制开关 K1 只工作于截止状态（开关断开）或导通状态（开关闭合），理想情况下，这两种 状态下开关管都不会有功率损耗，因此，相对于线性电源的转换效率有很大的提升。
开关电源调压的基本原理即面积等效原理，亦即冲量相等而形状不同的脉冲加在具有惯 性环节上时其效果基本相同，如下图所示：
理想的 MOS 管在工作时（即导通或截止）的压降及流过其中的电流应如下图所示：
9
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
DS
Author: Jackie Long
D
其中，VDS 表示 MOS 管两端的压降，而 ID 表示流经 MOS 管的电流，在任意时刻，VDS 与 ID 都会有一个参数为 0，因此消耗的功率 P=U×I 也应当是 0，但是实际 MOS 管的开关与 闭合都是需要过渡时间的，真实的开/关状态如下图所示：
同样是从输入电源 10V 中获取 5V 的输出电压，线性稳压电源的有效面积为 5×T，而对 应在开关稳压电源的单个有效周期内，其有效面积为 10×T×50%（占空比）=5×T，这样只要 在后面加一级滤波电路，两者的输出电压有效值（平均值）是相似的。
Multisim 在电源电路中的应用和仿真
图6-26 MOSFET DC-AC全桥逆变电路
2）启动仿真，点击示波器，可以看到ɑ=0°时的输出波形如图6-27 所示。对V1-V4的延迟时间设置为1.25ms，此时触发角ɑ=45°（ 1.25×2π/10），对应的输出波形如图6-28所示。
图6-27 ɑ=0°时输出波形
图 6-28 ɑ=45°的输出波形
1） IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路， 是用 IGBT 作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流 的降压变换。降压式斩波电路的输出电压平均值低于直流电 压。其电路结构如图6-11所示。
图6-11 降压斩波电路结构
2)从对应库里找到所需器件，放置到窗口中，进行连线，电 路图如图6-12所示。
图6-223中S1、S2、S3、S4四个开关换成四个晶体管，为 了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并 联续流二极管，直流侧并联一个大电容，就组成了DC-AC全桥 逆变电路。从对应库里找到所需器件，放置到窗口中，进行连 线，电路图如图6-24所示。
6-19直流降压-升压斩波变换电路
图6-20 V2脉冲源参数设置对话框
3）仿真结果如图6-21、6-22所示。
图6-21 D=0.6时的输出波形
图6-22 D=0.2时的输出波形
逆变电路是指将低电压变为高电压,把直流电变为交流电的电 路,它与整流电路相对应,是通用变频器的核心部件之一，在 太阳能和风力发电中有着非常重要的作用。
图6-32 SPWM产生电路
3）XFG1和XFG2的设置如图6-33所示。
图6-33 XFG1和XFG2的设置对话框
4）产生的波形如图6-34所示，通过比较器产生的波形如图6-35所示 。
图6-34 输入波形图
2）启动仿真，点击示波器，可以看到ɑ=0°时的输出波形如图6-27 所示。对V1-V4的延迟时间设置为1.25ms，此时触发角ɑ=45°（ 1.25×2π/10），对应的输出波形如图6-28所示。
图6-27 ɑ=0°时输出波形
图 6-28 ɑ=45°的输出波形
1） IGBT 降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路， 是用 IGBT 作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流 的降压变换。降压式斩波电路的输出电压平均值低于直流电 压。其电路结构如图6-11所示。
图6-11 降压斩波电路结构
2)从对应库里找到所需器件，放置到窗口中，进行连线，电 路图如图6-12所示。
图6-223中S1、S2、S3、S4四个开关换成四个晶体管，为 了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并 联续流二极管，直流侧并联一个大电容，就组成了DC-AC全桥 逆变电路。从对应库里找到所需器件，放置到窗口中，进行连 线，电路图如图6-24所示。
6-19直流降压-升压斩波变换电路
图6-20 V2脉冲源参数设置对话框
3）仿真结果如图6-21、6-22所示。
图6-21 D=0.6时的输出波形
图6-22 D=0.2时的输出波形
逆变电路是指将低电压变为高电压,把直流电变为交流电的电 路,它与整流电路相对应,是通用变频器的核心部件之一，在 太阳能和风力发电中有着非常重要的作用。
图6-32 SPWM产生电路
3）XFG1和XFG2的设置如图6-33所示。
图6-33 XFG1和XFG2的设置对话框
4）产生的波形如图6-34所示，通过比较器产生的波形如图6-35所示 。
图6-34 输入波形图
基于MULTISIM的反激式开关电源的仿真
周期， 降低成本。 本文采用计算机仿真技术 70@>(=(? 对开关电源的各个部分设 计进行模拟分析， 并利用变压器磁阻模型原理， 根据实际变压器尺 寸设计了变压器的仿真模型， 详细介绍了建模方法， 最后对整个电 源的闭环系统进行整体仿真， 并对该电源进行了稳定性分析。
磁路的电感直接同 1Z和 7 ! 绕组的匝数 + 相关： 83 7" 3 " 79 12
!
电路介绍
本设计开关电源为单端输入三端输出反激式开关电源，输入
输出分别为 =;<， 电路原理框图如 !+;< 电压， !"<， !+< 直流电压。 图 * 所示。
图’
电路原理框图
开关 "";< 交流电压经过整流电路整流后得到!+;< 直流电压； 管脉冲控制器采用 >?(@*(， 其工作频率为+;A:B； 反馈信号经光电 采用光电耦合器可以使输入输出端 耦合器输入 >?(@*( 的反馈端， 有效的隔离， 防止信号对电源正常工作产生干扰。 该电源带有限压和限流保护功能，反馈信号分别来自 =;< 输 出端。 当输出电压低于 =;< 时，电压控制回路将光电耦合器关断， 输出电压上升； 当电压高于 =;< 时， 电 使得 >?(@* 将开关管开通， 压控制回路将光电耦合器导通， 进而， 使得 >?(@** 将开关管关断， 输出电压下降， 故实现 =;< 稳压。 当输出电流低于 (C 时， 电流控制回路将光电耦合器关断， 使 得 >?(@*( 将开关管开通， 输出电流上升； 当输出电流高于 (C 时， 电压控回路将光电耦合器开通， 使得输出 >?(@*( 将开关管关断， 电流下降， 故实现 (C 稳流。
基于multisim开关电源的仿真设计
KC017-1
２006 届毕业设计开题报告
题目基于ｍｕltisim开关电源的仿真设计
专业电气工程及其自动化
姓名周大伟
班级0 2 电三
指导教师许泽刚
起止日期06．3．19－06.3.2
２0０6年03 月31日
也就可以尽快解决。
减少投资，加快开发速度,大大减少了设计所需的时间。
３.2工作内容
（1）了解Buｃk变换器的设计方法;
（2）熟悉Mｕltiｓｉm仿真软件;
（3）进行方案比较,确定简便、可行的方案。
（4）绘制ＢUＣK主电路和控制电路,并完成闭环参数的设计;
（5）采用参数扫描法设计滤波电感；
（6）采用Multisim仿真软件进行仿真设计;
（7）撰写毕业论文，准备答辩;
4.设计方案及其技术路线
4．1BUＣK变换器设计
此设计分为BＵCK主电路和闭环控制电路两部分的设计,且采用M ｕｌtisim仿真软件进行仿真设计。
本开关电源设计采用Buck(降压）电路，Ｂuck 变换器是最基本的PWM变换器主电路拓扑之一。
图1是ＢU ＣK变换器电路。
图1降压(Buck)变换器电路
主要的设计步骤为：主电路选型(Buck电路）,“黑箱”计算,输出滤
注：开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写,经导师签署意见及系部审核后生效。
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究-V1
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究-V1基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究一、引言A开关电源是一种高效率、高稳定性的电源，被广泛应用于通信、计算机、医疗等领域。
而PI控制方式是一种常见的控制方式，具有简单、实用、易实现等特点。
本文旨在探究基于PI控制方式的A开关电源的MATLAB仿真研究，以期为相关领域的研究人员提供参考。
二、A开关电源的基本原理A开关电源由开关管、变压器、软件控制器等组成。
在输入电源通过变压器转换后，输出电压通过开关管的断开和闭合控制来实现，其中软件控制器起到控制作用。
整个过程中还需要使用滤波器来减小噪声和杂波干扰。
三、PI控制方式的基本原理PI控制方式是一种通用的控制方式，通常由比例控制和积分控制两个部分组成。
比例控制负责将实际值与设定值进行比较，并产生误差信号；积分控制则通过积分误差信号来降低系统稳定性。
通过调整比例系数和积分系数，可以实现良好的控制效果。
四、基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究1.搭建仿真模型：将A开关电源等元器件通过MATLAB仿真工具进行搭建，设定仿真参数和控制器的比例系数和积分系数。
2.进行仿真分析：通过仿真结果，可以得到电源的输出波形和相应的电压、电流和功率状态等。
同时还需要对控制效果进行分析和评价。
3.系统优化：根据仿真结果，逐步对系统进行调整和优化，以提升电源的性能和稳定性。
五、研究结论通过MATLAB仿真工具对基于PI控制方式的A开关电源进行研究，可以得出以下结论：1. A开关电源能够实现快速、准确、可靠的输出电压；2. PI控制方式能够有效降低系统稳定性；3. 根据仿真结果，可以对系统进行优化和调整，以提升电源的性能和稳定性。
六、结语本文简要介绍了基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究，从原理、仿真模型和研究结论等方面进行探究和总结。
希望此研究对相关领域的研究人员提供一定的参考价值。
开关电源(1)之BUCK变换器工作原理及Multisim实例仿真
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
Author: Jackie Long
纹波峰峰值为 2.25mV，还是比较低的（实际的电路很有可能没这么低，特别是接上开 关之类负载之后） 还有一个效率问题，与线性电源不同的是，BUCK 变换器的输入电流与输出电流是不一 样的， 因此， 不能简单地用输出电压与输入电压的比值来表征， 我们只有用最原始的方法了， 就是计算输出功率与输入功率的比值，如下式：
0
Vo
原来 来的纹波 波峰峰值
平 平均值
新的 的纹波峰峰 峰峰值
t
0
对于具体的 的 BUCK 拓扑降 降压芯片，厂 厂家都会提供 供典型的应用 用电路及相关 关的参数值，如下 所示为 TI 公司 司的集成降压 压芯片 LM259 96 典型应用电路图： 图所
我们也可以 以通过提高开 开关的频率来 降低纹波，这 这样，在同样 样的电感量与 与电容量条件 件下， 每次 次充放电的时 时间缩短了，这样纹波的 峰峰值就下降 降了，如下图 图所示：
A
PR1
V
PR3
1
I: -1.55 A I(p-p): 15.9 A I(rms): 892 mA I(dc): 580 mA I(f req): 150 kHz
3
V: 5.71 V V(p-p): 29.3 mV V(rms): 5.73 V V(dc): 5.70 V V(f req): 22.3 kHz
同样是从输入电源 10V 中获取 5V 的输出电压，线性稳压电源的有效面积为 5×T，而对 应在开关稳压电源的单个有效周期内，其有效面积为 10×T×50%（占空比）=5×T，这样只要 在后面加一级滤波电路，两者的输出电压有效值（平均值）是相似的。 下面我们来看看 BUCK 转换电路的工作原理 （假设高电平开关闭合， 低电平开关断开） 。
Author: Jackie Long
纹波峰峰值为 2.25mV，还是比较低的（实际的电路很有可能没这么低，特别是接上开 关之类负载之后） 还有一个效率问题，与线性电源不同的是，BUCK 变换器的输入电流与输出电流是不一 样的， 因此， 不能简单地用输出电压与输入电压的比值来表征， 我们只有用最原始的方法了， 就是计算输出功率与输入功率的比值，如下式：
0
Vo
原来 来的纹波 波峰峰值
平 平均值
新的 的纹波峰峰 峰峰值
t
0
对于具体的 的 BUCK 拓扑降 降压芯片，厂 厂家都会提供 供典型的应用 用电路及相关 关的参数值，如下 所示为 TI 公司 司的集成降压 压芯片 LM259 96 典型应用电路图： 图所
我们也可以 以通过提高开 开关的频率来 降低纹波，这 这样，在同样 样的电感量与 与电容量条件 件下， 每次 次充放电的时 时间缩短了，这样纹波的 峰峰值就下降 降了，如下图 图所示：
A
PR1
V
PR3
1
I: -1.55 A I(p-p): 15.9 A I(rms): 892 mA I(dc): 580 mA I(f req): 150 kHz
3
V: 5.71 V V(p-p): 29.3 mV V(rms): 5.73 V V(dc): 5.70 V V(f req): 22.3 kHz
同样是从输入电源 10V 中获取 5V 的输出电压，线性稳压电源的有效面积为 5×T，而对 应在开关稳压电源的单个有效周期内，其有效面积为 10×T×50%（占空比）=5×T，这样只要 在后面加一级滤波电路，两者的输出电压有效值（平均值）是相似的。 下面我们来看看 BUCK 转换电路的工作原理 （假设高电平开关闭合， 低电平开关断开） 。
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基于multisim控制方式的开关电源仿真研究山东科技大学电气与自动化工程学院姓名：李强学号：150831018目录一绪论 (1)二实验目的 (1)三实验要求 (1)四主电路功率的设计 (1)（1）buck 电路 (1)（2）用Multisim软件参数扫描法计算 (2)(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 (4)五补偿网络的设计 (5)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 (11)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(V IN)：15V；输出电压(V O)：5V；输出电流(I N)：1A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：1.5V；开关频率(f s)：100kHz。
四主电路功率的设计（1）buck 电路图4-1-1：Q1buck 电路 图4-1-1rr rrC L N0.2V V R i I ==∆=250m Ω（出于实际考虑选择250m Ω） c*Rc 的乘积趋于常数50~80uF ，我使用62.5μΩ*F ，由式(1)可得R C =250mohm ，C =250μF （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：IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=∆O L D L OFF /V V V L i T ++=∆设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =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4-2-1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： gV V D =直流增益： g d V DVG ==0，00lg 20d dBd G G =双重极点频率： LCf p p ππω21200==品质因数： ==LCRQ 0，00lg 20Q Q dB=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，其中相频特性变化非常剧烈段的起始频率f a 和终止频率f b ，由下可以确定：02/1010p Q a f f -=02/1010p Q b f f =（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G O (s)为：()LCs RL s sCR V s H V s G C IN mO 211)(1)(+++∙∙=＝286610196.210532.171)105.621(153.05.11s s s ---⨯+⨯+⨯+⨯⨯ ＝286610196.210532.171105.1873ss s ---⨯+⨯+⨯+假设PWM 锯齿波幅值V m ＝1.5V ，R X ＝3Ωk ，R y ＝1.3Ωk ，由此可得采样网络传递函数)(s H =0.3，原始回路直流增益)(s Ao ＝3。
双重极点频率:LCf P P ⨯⨯=⨯=14.32114.3200ω=1.076kHz用matlab 画出的G0（s ）的伯德图：程序：num=[0.000225 3];den=[0.000000053 0.000034994 1]; [mag1,phase1,w1]=bode(num,den); margin(mag,phase,w)-60-40-2002040M a g n i t u d e (d B )101010101010-180-135-90-45045P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf , P m = 40.3 deg (at 1.49e+003 Hz)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：()PZC C ssG s G ωω++∙=110 ，P C Z ωωω<< （5）0210R R R G C +-= ,131C R P ∙=ω ,()1321//1C R R R Z +=ω（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f c 是开关频率f s 的五分之一,即f c =f s /5=20 KHz设相位裕度︒=52m ϕ。
PD 补偿网络的零、极点频率计算公式为：KHz f f KHz f f m m cp m m c z 5852sin 152sin 120sin 1sin 18.652sin 152sin 120sin 1sin 1=-+⨯=-+==+-⨯=+-=︒︒︒︒ϕϕϕϕ（7）由式（6）可得：Kf Kf P P Z Z 4.36428.422====πωπω (8)PD 补偿网络直流增益为：79588.63176020120200=⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=K f f Af f G P Z p c c （9）由式（7）、（8），可得PD 补偿网络的传递函数G C (s)为：()s s s ss G C 65331074.211034.2179104.3641108.42179--⨯+⨯+⨯=⨯+⨯+⨯=（10） 根据上面计算，可绘出PD 补偿网络传递函数G C (s)的波特图如图6所示， 整个系统的传递函数为：()()()()()()ss s s s s G s G s G C 682636501074.2110196.210532.17110125105001)1034.21(379------⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯== （11） 其波特图如下图所示由Matlab 绘制的波特图可知，︒==5.52,9.19m c KHz f ϕ,满足设计要求。
图1 PD 补偿网络开环传递函数波特图图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：()KC R R R K C R R R R 8.42//14.364179132113021=+=∙=+设R 1=R 2=30K ，由上式可得：R 0=0.76K ，R 3=2K ，C 1=1.37nF （注:在实际电路中，取：R 0=0.8K ，R 3=2K ，C 1=1.5nF ） 由于，有20%~100%的负载扰动，Ω=Ω==ΩΩ==25.65//25252.052.0%20n n N R R R AVA I六总电路图的设计（1）总电路图的设计图6-1-1图6-1-1（2）总电路的仿真图图6-1-2（3）输出电压纹波由图可见，加入补偿网络后，输出电压稳定在5V左右。
总电路图设计采用Multisim软件。
Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
七心得体会本文以Buck变换器为研究对象，学习了PD补偿网络在恒压原单环控制中的应用特点，关注了稳态误差、瞬态响应和高频干扰抑制能力。
通过理论的研究和公式推导设计出了PD控制小信号模型和传递函数，并且设计出了具体的电路的参数，以及对设计的电路进行了仿真。
通过这次设计主要取得了如下成果：掌握了一定的电力电子建模知识、开关变换器的建模知识；对PD 控制在Buck变换器的应用上有了较好的认识；熟练运用Multisim，Matlab等仿真软件；对开关电源的用途、现状与发展有了新的体会。
八参考文献[1] 张建生主编.《现代仪器电源》[M] .北京：科学出版社2005：1-26.[2] 王兆安，黄俊主编.《电力电子技术》[M] .北京：机械工业出版社，2000：94-96.[3] 陈丽兰主编.《自动控制原理》[M] .北京：电子工业出版社，2006：73-74.[4] 张卫平主编.《开关变换器的建模与控制》[M] .北京：中国电力出版社，2005：134-141.[5] 徐德鸿译.《电力电子系统建模及控制》[M] .北京：机械工业出版社，2005：174-180.[6] 张晋格主编.《控制系统CAD》[M] .北京：机械工业出版社，2004：128-134.。