基于Buck变换器的双环开关调节系统的设计和仿真

Buck 变换器的建模与仿真(一)Buck 变换器的性能指标带有反馈控制回路Buck 变换器的电路图如图（1-1）所示，我们假定其工作在CCM 方式。

其基本电路参数为： 输入电压g V =2030V 输出电压V =12V 输出纹波125mV （1%）电压跌落250mV （最大，2003out I mA A =） 开关频率s f =100kHz 最大输出电流4A输入电流最大纹波0.4A(峰峰值)图（1-1）带有反馈控制回路的直流斩波电路（二）Buck 变换器参数的选择 1. 滤波电感0L 的选择 由diu Ldt=得 6.max 0.max ()(3012)410180H 0.14in out on out V V T dt L u di I μδ--⨯-⨯⨯====⨯⨯这里我们取0L 为180H μ 最大负载时的峰值电流为.max .max 40.054 4.22peak out out I I I A δ=+=+⨯=2. 滤波电容0C 的选择 由dui cdt=得 其向量形式为I j cU ω=I jcUω=所以需要穿越频率的带宽为2outc out outI f C V π∆=∆如果假定穿越频率为10kHz250892.8out c out V mZ m I ∆===Ω∆ 原则上为了留有设计裕量，电阻的阻抗按13计算阻抗选取 根据上面计算结果，我们可以在Rubycon 公司的ZL 系列，16V 中选取以下规格：C=330F μ,760C rms I mA =@105A C =︒ ,72ESR low R m =Ω@20A T C =︒ ,220ESR low R m =Ω@10A T C =-︒电容ESR 的阻抗应小于输出电容在穿越频率处的阻抗11482 6.2810330c out m f C k π==Ω⨯⨯86c Z m ≤==Ω设计余量不足，我们重新选ZL 系列中C=1000F μ，同样的过程，我们可以得出满足条件。

毕业设计（论文）说明书题目：Buck变换器双闭环控制仿真研究系名信息工程系专业自动化学号 6011XXXXXXX学生姓名 XXX指导教师 XXX2015年6月5日毕业设计（论文）任务书题目：Buck变换器双闭环控制仿真研究系名信息工程系专业自动化学号 6011XXXXXX学生姓名 XXX指导教师 XXX职称副教授2014年12月15日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。

）便携式电子产品的广泛应用，推动了开关电源技术的迅速发展。

因为开关电源具有体积小、重量轻以及功率密度和输出效率高等诸多优点，已经逐渐取代了传统的线性电源，随之成为电源芯片中的主流产品。

随着开关电源技术应用领域的扩大，对开关电源的要求也日益提高，高效率、高可靠性以及高功率密度成为趋势，这就对开关电源芯片设计提出了新的挑战。

其中对于非隔离的DC/DC开关电源，按照电路功能划分，有降压式（BUCK）、升压式（BOOST），还有升降压式（BUCK-BOOST）等。

其中品种最多，发展最快的当属降压式（BUCK）。

我国目前能源紧缺，而电源行业又是一个与能源消耗密切相关的行业，因此我们在设计DC/DC开关电源产品时，转换效率必须作为一个重要的指标加以考虑。

尤其是随着采用3.6 V锂离子电池作为电源的消费类电子产品市场不断扩大，且功能和性能变得更多和更高，对适用于这类产品的BUCK变换器的性能提出了更高的要求。

因此研究BUCK变换器的控制具有重要的理论和现实意义。

二、参考文献[1] 丘涛文. 开关电源的发展及技术趋势[J]. 电力标准化与技术经济，2008，17(6)：58-60.[2] 张乃国. 一种脉冲频率调制型稳压电路的研究[J]. 电源世界，2007，10（4）：21-23.[3] 刘树林，输出本质安全型Buck-Boost DC-DC变换器的分析与设计，中国电机工程学报，2008，28(3): 60-65.[4] 马丽梅，Buck-boost DC-DC变换器的控制，河北工业大学学报，2008，37(4) :101-105.[5] 刘树林，Buck-Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析，电子学报，2007，20(5) :838-843.[6] 彭力，新型大功率升降压型DC-DC变换器控制研究,船电技术，1999，3(1) :26-28.[7] 钟久明，Buck-Boost变换器的本质安全特性分析及优化设计西安科技大学硕士学位论文 2006.[8] 高飞，蒋赢，赵小妹等，一种新型Buck-Boost变换器，电力电子技术2010 22(4):50-52.[9] Xu Jianping，Yu Juebang.Equivalent circuit model of switches for SPICE simulation.IEEElectronics，Letters，1988，V ol.24，No.7，437-438.[10] Xu Jianping，Yu Juebang，Zeng H.SPICE simulation of switched DC-DC convert.IEEEInternational Symposium on Circuits and Systems，1991，V ol.24，No.5，3032-3026. [11] 王海鹏，王立志，王卓. 基于1394的数据传输电路[J]. 现代电子技术，2009，32(21)：52-54.[12] 王久和. 电压型PWM整流器的非线性控制[M]. 第1版，北京: 机械工业出版社, 2008.[13] 师娅，唐威. 一种电流型PWM控制芯片的设计[J]. 微电子学与计算机，2007，24(8)：145-148.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。

Buck 变换器双闭环控制仿真研究毕业论文目 录第一章第一章 绪论绪论................................... 1 1.1 课题研究背景课题研究背景课题研究背景 ................................. 1 1.2 课题发展现状课题发展现状课题发展现状 ................................. 1 1.3 本文研究内容及结构本文研究内容及结构本文研究内容及结构 ........................... ........................... 3 第二章第二章 Buck Buck变换器基本原理 ...................... 4 2.1 Buck 变换器工作原理变换器工作原理 ........................... 4 2.2 Buck 变换器工作模态分析变换器工作模态分析 ....................... 4 2.3 Buck 变换器外特性变换器外特性............................. 7 第三章第三章 Buck Buck 变换器主电路设计变换器主电路设计.................. 9 3.1 占空比D ....................................... 9 3.2 滤波电感Lf ................................... 9 3.3 滤波电容Cf .................................. 11 3.4 开关管Q...................................... 11 3.5 续流二极管D (12)第四章第四章 Buck Buck 变换器双闭环控制变换器双闭环控制 ................. 13 .. (13)4.1电路双闭环控制结构电路双闭环控制结构 (13)4.2 电流内环设计电流内环设计 ................................. 13 4.3 电压外环设计电压外环设计 (15)第五章第五章 Buck Buck 变换器闭环系统的仿真变换器闭环系统的仿真 ............. 21 . (21)5.1 开环开环Buck 电路的建模及仿真电路的建模及仿真 ................... ................... 21 5.2 闭环闭环Buck 电路的建模及仿真电路的建模及仿真 ................... ................... 2222 5.3 PI 控制方法的仿真控制方法的仿真 ............................ 2323 5.4 PID 控制方法的仿真控制方法的仿真........................... 25 第六章第六章 总结与展望总结与展望............................ 25 参考文献参考文献........................................ 29 外文资料外文资料 中文译文中文译文 致谢致谢第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 课题研究背景课题研究背景随着电子技术的快速发展，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系也日益密切。

Buck_Boost变换器的设计及仿真Buck-Boost变换器是一种可以在同一电路内同时实现升压和降压的变换器。

这种变换器可以用于多种不同的应用，主要用于对电压进行放大和缩小，以达到正确的电压水平。

它总是能够将输入电压提高到所需的输出电压。

在本文中，将介绍Buck-Boost变换器的设计及其功能仿真工作。

Buck-Boost变换器的主要部件包括电感器，可变阻器，开关，振荡器和控制器。

电感器的设计是为了提供电流，形成负反馈环。

可变阻器的设计可以改变电路的过载，从而实现电流的调整。

开关的设计是为了实现升压和降压，允许电感器和可变阻器之间的能量交换。

振荡器的设计是为了控制电路内部的电流，以保证开关的实时响应。

通过控制器，可以实现输入和输出电压之间的转换，从而达到预期的电压水平。

为了对Buck-Boost变换器进行仿真，先进行输入，输出和负载之间的建模。

输入模型包括输入电压和要求的输出电压，其中输入电压可以在建模中任意调整。

负载建模通常是一个电阻和一个电容的组合。

输出模型则定义了电路的输出功率和输出电压水平。

接下来，可以对电感器和可变阻器进行建模。

由于电感器是一个电流源，故其建模需要考虑电流大小和电压偏移。

可变阻器建模则需要考虑其阻值和电压偏移。

最后，可以利用仿真软件进行仿真，探究Buck-Boost变换器的性能。

可以仿真该电路的输入和输出电压以及电流，从而分析改变输入电压对系统的影响。

此外，还可以分析负载的影响，比如负载变大时电路的输出能力会怎样受到影响。

这些仿真结果都能为设计者提供宝贵的启发，为确保电路的正常工作奠定基础。

Buck-Boost变化器是一种功能强大的电路，可以改变输入电压并生成预期的输出电压水平。

本文介绍了其设计原理和仿真过程，为设计者提供了宝贵的参考。

未来的研究将会探究更多的变换器类型，继续提高电路的性能和功效。

基于Buck变换器的双环开关调节系统的设计和仿真作者：夏伟薛勇杨杰来源：《电子世界》2013年第12期【摘要】Buck电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Vo等于占空比乘以输入电压Vin。

通常电感中的电流是否连续，取决于负载的大小，所以简单的BUCK电路输出的电压不稳定，一旦负载突变会造成严重后果。

加入闭环控制系统，输出电压经采样环节后和参考电压比较，同时在此基础上引入电流反馈，得到的误差信号送至控制器，控制器输出信号送至PWM环节和锯齿波时钟信号比较，改变占空比d即可调节开关变换器的输出电压，达到稳定电压的目的。

【关键词】Buck电路；闭环控制；PWM环节1.引言随着电力电子技术的迅速发展，高频开关电源变换器已广泛应用于计算机、电信、航空航天等领域。

其核心是电能形式的变换和控制，并通过电力电子电路实现其应用。

Buck变换器是开关电源变换器中最常见的一种，主要应用于低压大电流领域，有众多拓扑。

但简单的Buck电路输出电压不稳定且会受到负载和外部的干扰。

为了达到稳定输出电压的目的，在电压反馈的基础上引入电流反馈实现双环控制，获得较好的动态性能。

2.Buck变换电路控制系统的基本原理2.1 单闭环调节系统的设计和主电路模型具有电压控制的Buck变换器开关调节系统如图1所示，主电路为Buck变换电路[1]，控制电路采用电压负反馈。

在负反馈电路中，输出电压U经采样后与给定的参考电压U比较，得到误差信号Ue送至控制器，控制器输出信号Uc送至PWM环节，与PWM环节中的振荡器产生的锯齿波时钟信号比较，使比较器输出周期不变，脉冲宽度即占空比d受Uc调制的一系列脉冲信号，再通过驱动器将脉冲信号放大，控制变换器的功率开关器件的导通与关断。

由于电压和负载发生变化，或系统受到其他因素干扰使输出电压发生波动时，通过负反馈回路[2]可调节开关变换器的功率器件在一个开关周期内的导通时间，达到稳定输出电压的目的。

2.2 双环开关调节系统的设计为了克服单环系统在控制和环节上的延迟，在电压反馈的基础上引入电流反馈实现双环控制，可获得较好的动态性能。

Buck电路的闭环设计及仿真分析一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，电源转换技术已成为现代电子设备不可或缺的一部分。

其中，Buck电路作为一种基本的直流-直流（DC-DC）转换器，因其结构简单、效率高、调节范围宽等优点，在电子设备中得到了广泛应用。

然而，为了确保Buck电路在各种环境和负载条件下的稳定性和高效性，闭环设计显得尤为重要。

本文旨在探讨Buck电路的闭环设计方法，并通过仿真分析验证设计的有效性。

文章首先简要介绍了Buck电路的基本原理和应用背景，然后重点阐述了闭环设计的重要性及常用方法。

在闭环设计部分，文章详细分析了反馈网络的选取、控制策略的制定以及功率级和控制级的协同工作等问题。

同时，结合具体的设计实例，阐述了闭环设计在实际应用中的具体实现过程。

为了验证设计的有效性，文章采用了仿真分析的方法。

通过搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对设计的Buck闭环电路进行了全面的仿真分析。

仿真结果证明了闭环设计的有效性，同时也为实际电路的制作和调试提供了重要参考。

文章对闭环设计的Buck电路进行了总结，并指出了未来研究方向和潜在的应用前景。

通过本文的研究，旨在为从事电源转换技术研究和应用的工程师和学者提供有益的参考和启示。

二、Buck电路的基本原理Buck电路，也称为降压转换器，是一种基本的直流-直流（DC-DC）转换电路，其主要功能是将较高的直流电压降低到所需的较低直流电压。

其名称来源于电路中开关元件（如MOSFET或晶体管）的操作，类似于"bucking"（减少或抑制）输入电压。

Buck电路的基本构成包括一个开关（通常是MOSFET），一个电感（或称为线圈），一个二极管（也称为整流器或续流二极管），以及一个输出电容器。

在开关打开时，电流通过电感从输入源流向输出，此时电感储存能量。

当开关关闭时，电感释放其储存的能量，通过二极管向输出电容器和负载供电。

Buck电路的工作原理基于电感的电压-电流关系。

Buck变换器仿真设计报告1设计要求输入电压：30-60VDC（额定48V）输出性能：–V out 24VDC–V out(p-p) <25mV–Iout 2A–I out =0.1A时，电感电流临界连续。

其他性能：–开关频率200kHz2变换器设计2.1电路组成2.2 主电路参数设计(1) 占空比8.03024min max ===in out V V D 4.06024max min ===in out V V D 5.04824===innom out nomV V D (2) 滤波电感0.1A 时电感电流临界连续。

H T I U L U T I L L CCM L L μμ3605)4.01(2.024max )min(=⨯-⨯--=∆∆=→=∆∆(3) 滤波电容取mV V p p out 5.12)(=-。

Ω==∆∆=125.02.025.0I V ESR F C ESR C f f 66610520125.010651065---⨯=⨯=⇒⨯=∙ 取F C f μ560=。

(4) 负载 对于阻性负载有o L oU R I =。

由于I out =0.1A 时，电感电流临界连续。

在额定电压、额定占空比下I out =2A ，可求得额定12L R =Ω，断续时负载值240L R =Ω。

2.3 闭环反馈设计(1) 确定开环传递函数11030102.0)10701(481)1()(6662+⨯+⨯⨯+=++∙+=---s s s s R L s C L C sESR V s G Lf f f f in(2) 增加检测及调制环节125.2)(=s H 2=M V)(965)()()(1)()(s G s G s H s G V s G s T c M c ==(3) 选择补偿环节)1)((1)(2221112C sR C C sR C sR s G c +++= KK lag 1tan tan 9011--+-=θ 1221C R f z π= 2221C R f p π=(4) 确定补偿环节参数① 截止频率取1/5fs ，即fc=40kHz 。

基于Buck变换器的开关电源设计摘要一个高可靠性的电源系统需要大功率宽电压输入范围的DC/DC变换，在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，选用Buck作为系统的电路拓扑.本文介绍了Buck电路的工作原理，对整个闭环结构进行设计与研究,并附以相关电路图表示。

并选择符合规范的元器件，计算产品的成本.关键词Buck拓扑；DC/DC；开关电源;MC34063第一章概述开关电源是利用现代电子电力技术控制功率器件(MOSFET、三极管等）的导通和关断时间来稳定输出电压的一种稳压电源，具有转换效率高，体积小,重量轻，控制精度高等优点。

1。

1基本要求输入直流9V-12V,输出5V，5W；开关振荡频率40KHz。

1.2方案设计采用MOSFET作为功率转换元件,MOSFET具有压降小，输入电阻高，动态特性好等特点。

控制方案采用集成电路MC34063单路PWM控制芯片，极大简化电路设计。

第二章开关电源输入与控制部分设计2。

1 开关电源工作原理开关电源是指调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态，图2-1为工作过程。

基准电压为固定值,由于输入波动或负载变化导致输出电压减小，采样电压将减小，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大.同理,当由于输入波动或负载变化导致输入电压增大时,脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。

图2-1 开关电源原理框图2。

2 Buck 调整器的基本工作方式Buck 调整器的基本电路如图2-2所示,晶体管Q1与直流输入电压dc V 串联，通过Q1的开通与关断，在V1处产生方波电压，采用恒频占空比可调的方式（PWM),在V1出产生方波电压，Q1导通时间为on T 。

Q1导通时V1点电压为dc V ，电流通过串接的电感L0流入输出端,Q1关断时，电感L0产生反电动势，使V1点电压迅速下降到0并变负，直至被D1钳位于—0。

8V 。

假设二极管导通压降为0,则V1点电压为矩形波，该方波电压平均值为T T V on dc /。