基于PD控制方式的6A开关电源MATLAB仿真研究

基于PD控制方式的9A开关电源MATLAB仿真研究0 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，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。

然而其输出电压纹波较大，buck 电路系统的抗干扰能力也不强。

为了使其具抗干扰能力，输出电流达到所需的等级，减小其电压纹波，现设计校正网络使其闭环，提高系统的能力。

1 设计要求技术指标：输入直流电压(V IN )：12V ； 输出电压(V O )：5V ； 输出电流(I N )：9A ； 输出电压纹波(V rr )：50mV ； 基准电压(V ref )：1.5V ； 开关频率(f s )：100kHz.设计主电路以及校正网络，使满足以上要求。

2 主电路参数计算主电路如图 12.1 电容参数计算输出电压纹波只与电容C 和电容等效电阻C R 有关Nrr L rr C I Vi V R 2.0=∆=通常C R 并未直接给出，但C R C 趋于常数，约为F *Ω-μ8050，此处取F C R C *Ω=μ75图1 Buck 电路可得： Ω=m R C 8.27 取Ω=m R C 28F C μ2689= 取F C μ2700=2.2 电感参数计算由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∆=++∆=---OFF LD L O ON L ON L O INT i L V V V T i L V V V V 假设：V V D 5.0= V V L 1.0= V V ON 5.0= 其中L 中串联电阻Ω==01.0NLL I V R 可得： s T ON μ781.4=H L μ59.16=由matlab 仿真，得图2，可知当取H L μ17=时，电感电流在8A-9.8A 之间脉动，符合N L I i 2.0≤∆的要求3 补偿网络设计3.1 原始回路增益函数采用小信号模型分析方法可得buck 变换器原始回路增益函数)(0s GLCs R L s sCR V s H V s G C IN M 201)1()(1)(+++=假设：PWM 锯齿波幅值V V M 5.1=图2 电感电流采样电阻Ω=k R C 3.11；Ω=k R C 32 则采样网络传递函数211)(C C C R R R s H +=可得1506.3859.4419.248.1)(20+-+-+-=s e s e s e s G 极点频率Hz LC f p 87.742210==π零点频率Hz CR f C z 3.2122210==π 原始函数增益为：4.2)0(0≈G相位裕度：40.3° 穿越频率：1.47e3Hz根据要求相位裕度应达到50°-55°穿越频率提升到s s f f 51101-（即10kHz-20kHz ） 均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。

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。

M AT LAB语言在电源仿真中的应用X陈琪罗运成王震(武汉数字工程研究所武汉430074)摘要主要介绍了电源的计算机仿真方法和常用的各种电路仿真软件,阐述了应用M AT LA B对电源的仿真技术。

关键词仿真电源MA T LAB1引言近几年来,电路分析和设计的方法由于采用计算机仿真技术而得到飞速发展。

电路设计采用计算机仿真技术对不同的设计方案迅速地进行模拟分析,并在电路形式确定以后,对电路的元件参数进行灵敏度分析和容错分析,从而优化元件参数,保证设计质量。

所以,电路设计中采用计算机仿真技术,能极大的减少人工劳动,缩短设计周期,降低设计成本。

目前,在电力电子装置的研究中,越来越多的装置采用计算机仿真技术。

对于军用电源来说,其工作环境和负载情况都非常恶劣,而采用的功率器件却很昂贵,所以在电源的设计中采用计算机仿真技术就更具有优越性。

2常用各种电路仿真软件常用的电路仿真软件有Pspice,Saber,IsSpice和M ATLAB等。

通常把电源电子仿真软件分为两种:侧重于电路的仿真器和侧重于方程求解的仿真器,其中Pspice、Saber 和MAT LAB分别是两类仿真器的代表。

这里,我们着重介绍一下MATLAB,是由M athw orks公司推出,其中的Pow er Sys-tem Blockset(PSB)含有在一定使用条件下的元件模型,包括电力系统网络元件、电机、电力电子器件、控制和测量环节以及三相元件库等,再借助于其它模块库或工具箱,在Simulink环境下,可以进行电力系统的仿真计算,可以实现复杂的控制方法仿真,同时可以观察仿真的执行过程。

仿真结果在仿真结束时利用变量存储在MAT LAB的工作空间中。

为了准确地把一个控制系统的复杂模型输入给计算机,并进行进一步的分析与仿真, Mathworks公司提供了新的控制系统模型图型输入与仿真工具)))SIM ULINK。

SIM ULINK是众多仿真工具中功能最强大、最容易使用的一种。

基于PI控制方式的7A开关电源的MATLAB仿真摘要随着人们对电源电路性能的更高要求，开关类电源受到了广泛关注，而PI（比例-积分）控制也是控制变频器和开关电源系统中一种普遍采用的控制策略。

本文主要选择MATLAB 建立了一种基于PI控制器的7A开关电源模型，以模拟光照了解负载变化对电源输出的影响，并基于PI控制器的输出电压控制，以确保系统具有良好的控制性能。

1 引言开关类电源具有可控、高效、低成本等优点，因而受到了广泛关注，电源系统输出电压的稳定性但负载变化取决于系统控制方法，所以在电源控制中，调节重要参数是非常有价值的材料[1]。

PI控制器是开关类电源系统中最常采用的控制手段，它通过调节电源的输出电流和电压来达到平稳的输出[2]。

2 MATLAB模型2.1 开关电源PI控制模型创建利用MATLAB 建立一个额定功率为7A的开关类电源模型，此模型正常工作，控制器输出电压为5V。

此模型由电源输出，比例积分控制器，开关模型，电动机及负载模型，空载通知与负载状态模型组成，通过PI控制器调控来控制电源系统的输出，如图2-1所示。

图2-1 开关电源PI控制模型示意图2.2 建立PI控制器为确保系统的稳定，PI控制器是一个飞地易控制系统的重要组成。

本文提出的PI控制器使用MATLAB 中的比较器子程序，通过比对实际负载电压和目标负载电压结果，来实现控制。

经过参数优化，模型初始采用积分时间常数（Ti=72.1ns），比例常数（Kp=55.4）。

2.3 建立开关模型开关模型采用ATMEL公司提供的ATM90E26芯片，其结构如图2-2所示。

电源系统中的功率MOSFET及反射式锁回电路，结合通过测量的电压与电流，充分考虑了开关系统的效率。

2.4 建立负载模型负载模型包括电机控制及负载模型，用于模拟实际负载的变化，以及影响负载的空载检测与负载状态模型，模拟负载变化对电源输出的影响，另外为了实现保护功能，增加电压保护模型，当电压超出额定范围，触发电压保护功能，以来确保系统的安全性。

基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究(1)随着科技的不断发展，电子产品越来越普及，电源的研究也越来越重要。

A开关电源是一种常见的电源类型，它采用高频进行开关，能够将输入电压进行变换得到所需要的输出电压。

为了控制A开关电源，让它输出满足需求的稳定电压，一种被广泛应用的控制方式是PI控制。

PI控制是通过调节比例和积分两个参数来实现电源输出电压的控制，使用这种控制方法可以避免A开关电源的过零现象，减少输出噪声。

本文主要利用MATLAB进行基于PI控制方式的A开关电源的仿真研究。

首先，在MATLAB中进行A开关电源的建模。

建模的过程中需要考虑电源的输入电压、输出电压、开关周期等因素，并根据这些因素确定模型参数。

模型建立完成后，利用MATLAB的仿真器进行模拟实验，运用不同的控制策略，如比例控制、积分控制、PI控制等，观察电源的输出电压是否符合要求。

接着，在MATLAB中调整PI控制的参数，观察参数变化对电源稳定性和输出电压波动的影响。

通过调整PI控制的比例参数和积分参数，找到使得输出电压稳定的合理参数范围，并找出最佳参数组合。

通过对仿真结果的分析，可以得到如果要实现较为稳定的电源输出电压，需要控制PI控制器中的比例参数和积分参数同时进行调整。

最后，对实验数据进行统计分析，评估PI控制方式的有效性，并比较PI控制方式和传统控制方式的电源输出效果。

从实验结果可以看出，基于PI控制方式的A开关电源输出电压更稳定，噪声较小，与目标电压更为接近。

相比传统控制方式，PI控制方式能够更好地保证A开关电源的输出电压稳定性和可靠性。

综上所述，本文主要研究了基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真。

通过模型的建立、参数的调整和实验数据的分析，得出了PI控制方式在控制A开关电源输出电压方面的优越性。

这些研究结果对于电源的研究和应用，以及其他领域的自动控制方案的设计具有重要的参考价值。

基于PD控制方式的6A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：1 引言开关电源技术属于电力电子技术的范畴，是集电力变换、现代电子、自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，现今已广泛应用到工业、能源、交通、信息、航空、国防、教育、文化等领域。

开关电源技术的发展实际上是围绕着提高效率、提高性能、小型轻量化、安全可靠、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声的轨迹进行不懈研究，开关电源是整个电源技术中至关重要的部分，其中Buck变换器补偿网络设计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。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，开关电源比普通线性电源体积小,轻便化，更便于携带。

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。

MATLAB软件是一个适用于科学计算和工程应用的数学软件系统，历尽20多年的发展，现已是IEEE组织认可的最优化的科技应用软件。

该软件有以下特点：数值运算功能强大；编程环境简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。

本文将针对基于PD控制方式的6A开关电源的MATLAB的仿真研究做出了应用举例。

2.基于PD控制方式的Buck电路的综合设计2.1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)：6A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：1.5V；开关频率(f s)：100kHz.[滞环控制为PFM方式，不受此限制]2.2 Buck主电路设计主电路如图1：图1 Buck主电路2.3 Buck主电路各参数设计（1）滤波电容参数计算R有关：出电压纹波只与电容C和电容等效电阻CΩ=⨯==∆=m I V i V R N rr L rr C 67.4162.0502.0 通常C R 并未直接给出，但C R C 趋于常数，约为F *Ω-μ8050，此处取F C R C *Ω=μ75 可知：F R C C μ86.179967.417575===可得：⎩⎨⎧==Ω=Ω=F C F C R m R C C μμ1800,86.1799m 42,67.41取取 （2）滤波电感参数计算根据基尔霍夫电压定律，可知开关管导通与关断状态下输入电压IN V 和输出电压O V 满足下列方程:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===+∆=++∆=---s KHZ f T T T i L V V V T i L V V V V S OFF ON OFFLDL O ON LON L O IN μ10100011 假设Buck 变换器性能要求，假设二极管D 的通态压降V V D 5.0=,电感L 中的电阻压降为V V L 1.0=,开关管S 中的导通压降V V ON 5.0=,且有串联电阻Ω===83.065N O L I V R 可知：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧===+∆==++∆==---14116.54.4106.55.01.054.45.01.0510ONOFF OFFONOFF L ON L T T sT T T i LT i L μ 可得：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+====5611141421,53.20s 6.5OFF ON ON ON T T T D H L H L T μμμ取 2.4 采用参数扫描法，对所设计的主电路进行MATLAB 仿真当H L μ21=，电感电流和输出电压的波形分别如下:图2 电感波形图3 输出电压波形3 补偿网络设计3.1 原始回路增益函数采用小信号模型分析方法可得Buck 变换器原始回路增益函数)(0s G ：LCs R L s sCR V s H V s G C INM 201)1()(1)(+++⋅⋅=假设PWM 锯齿波幅值V V m 5.1=,采样电阻Ω=k R a 3，Ω=k R b 3.1，由此可得采样网络传递函数为：3.033.13.1)(≈+=+=b a b R R R s H可得：66266)0(0101800102183.010211)10751(103.05.11----⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=s s s G解得：11047.21078.3)1105.7(25285)0(0+⨯+⨯+⨯⨯=---s s s G 极点频率：Hz LCf p 6.81810180010212121660=⨯⨯⨯==--ππ零点转折频率：Hz C R f C esr 22.21051018001042212163=⨯⨯⨯⨯=⋅=--ππ 使用MATLAB 画出原始回路增益函数伯德图 程序如下：num=conv(2,[7.5e-5 1]); den=[3.78e-8 2.53e-5 1]; g=tf(num,den); margin(g);图4 原始回路增益函数伯德图相位裕度：41.3° 穿越频率：1.52e3Hz根据要求相位裕度应达到50°-55°穿越频率提升到s s f f 51101-（即10kHz-20kHz ） 均不满足，因此需提高其相位裕度，穿越频率。

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。

基于双零双极控制方式的6A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：13 电二姓名：邹文凯学号：130212462017年1月9日目录第一章绪论 (1)1.1 BUCK电路的工作原理 (1)1.2 BUCK电路的应用 (1)第二章设计要求 (2)2.1指标要求与计算： (2)第三章设计方案 (2)3.1系统组成 (2)3.2主电路部分的设计 (3)3.3闭环系统的设计 (4)3.4闭环系统仿真 (7)第四章总结 (10)第五章参考文献 (10)第六章附录 (10)第一章绪论1.1 BUCK电路的工作原理图1-1 BUCK电路结构图1-2 开关导通和关段时等效电路BUCK斩波电路的基本原理是：电感L和电容C组成低通滤波器，使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t)的谐波分量；电容上输出电压uo(t)就是us(t)的直流分量再附加微小纹波ur(t) 。

1.2 BUCK电路的应用BUCK电路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。

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。

在需要单向升降压且能量可以双向流动的场合，很有应用价值，如应用于混合动力电动汽车时，辅以三相可控全桥电路，可以实现蓄电池的充放电；并广泛应用于电源电路中，例如家用电器中的电视机、个人计算机、音响设备、日光灯镇流器、医院的医疗设备、通信电源、航空航天电源、UPS电源、变频器电源、交流电动机的变频调速电源、便携式电子设备的电源等，都要使用高频开关电源。

它的应用面之广、应用数量之大是任何电力电子电源都无法比拟的。

基于PID控制方式的9A开关电源Multisim仿真研究学院：电光学院专业：电气工程及其自动化班级：：学号：目录1.引言 (3)2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计 (3)2.1设计指标 (3)2.2 Buck主电路的参数设计 (4)2.3用Multisim软件参数扫描法计算 (5)3．PID补偿网络设计 (8)3.1主电路直流增益计算 (8)3.2补偿网络的设计：控制方式为PID (9)3.3变换器传递函数及波特图 (11)4. Buck变换器的负载突加突卸仿真 (12)4.1总电路图的设计如图 (12)4.2突加突卸80%负载 (14)5. 小结 (15)参考文献 (15)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。