Buck电路闭环控制策略研究要点

yg并联BUCK闭环PID控制交错并联技术应用于Buck变换器，以两支路交错并联Buck 为例进行研究，在与传统Buck变换器总输出电流相同的情况下，使电路的总电流输出纹波减小，输出电压纹波减小，且支路电流为总电流的1∕2，减小了开关管和二极管的电流应力，总输出电流纹波频率为支路的2倍，使输出滤波电容减小这些都有利于实现本质安全。

通过Matlab仿真比较本质安全的传统Buck变换器和交错并联变换器，最后证明所提方法的正确性实验名称并联BUCK电路闭环PID设计及分析主要内容一．根据设计要求，进行PID补偿网络二．对电路进行仿真和分析三．观察额定负载下的输出波形四．对观察出的波形进行分析指标（目标）要求1.输出电压：4V2.输入电压为10V. 且在输出电压一定的情况下，输入电压能尽可能大的范围内变化。

3.输出电流：连续但不能超过2.5A4.输出电压纹波峰峰值Vpp<=50mv5.开关频率：5KHZ一．交错并联Buck变换器的工作原理在交错并联变换器的设计中，若想得到优良的纹波特性和响应功能，各支路的交错触发脉冲需设计合理。

若各支路脉冲均同步，则整个变换器特性类似于单个变换器；若各支路的脉冲相互独立且脉冲频率不完全相同，则支路间输入和输出电流纹波随机消除，无规律可循；为最大限度消除电流纹波，可使变换器的n个支路工作在相同频率下，支路中的开关信号交错2π∕n，这样很大程度上降低了电流纹波，同时整个变换器输出纹波频率变为单个变换器的n倍，有利于减小输出电容及提高动态响应。

交错并联Buck变换器的主电路如下图所示以两路变换器并联为例进行研究，下图为脉冲触发图形设各Buck支路开关周期为T，导通时间为Ton，则各支路开关频率f1=1∕T，开关导通比D=Ton∕T，两路交错并联Buck 变换器开关频f=2f1。

根据流过电感的最小峰值电流是否为0，可分为连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）。

为方便分析，假设电感的充放电是线性的，L1=L2=L,所有开关器件均为理想器件，不考虑寄生参数的影响。

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-55V/25V目录一、课题背景 (2)1.1 BUCK电路的基本结构及等效电路基本规律 (2)1.2 BUCK电路的工作原理 (3)1.3BUCK电路应用 (4)二、目的 (5)三、设计要求 (5)四、设计步骤 (5)（一）主电路参数设计 (5)（二）滤波电感L 的计算 (6)（三）闭环系统的设计\ (6)1、闭环系统结构框图 (6)2、BUCK 变换器原始回路传函)(s G O 的计算 (7)3、补偿器的传函设计：见附录3 (7)3、闭环系统仿真 (8)五、总结和心得 (9)六、参考文献 (9)七、附录 (11)附录1： (11)附录2： (11)附录3： (12)附录4： (12)附录5： (14)一、课题背景1.1 BUCK 电路的基本结构及等效电路基本规律电感L 和电容C 组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；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uripple(t) 。

电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo 有： 电容上电压宏观上可以看作恒定。

电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。

一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放 电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。

开环Buck电路的建模及仿真
图1
开环Buck电路在MATLAB中模型
图1是开环Buck电路在Simulink中搭建的仿真模型，使用开 关器件是MOSFET。
图2
输出电压波形
图3
输出电流波形
对于图2、图3仿真波形，显然不满足设计要求，在对滤波电感、电容进行调 节时，可以发现这样的规律：电感越小，超调越大，越稳定；电容越小，超调越小， 纹波越大。因此，需要在稳定度，超调量，纹波电压之间进行折衷，对电感、电容 进行调节。因此需要对电路进行闭环调节，本设计采用PI和PID两种控制校正方式。
Lf
+
Cf
R Uo
-
-
Buck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。 其电路是由一个功率晶体管开关Q与负载串联构成的。驱 动信号Ub周期的控制功率晶体管Q的导通与截止，当晶体 管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压Uo等于输入电 压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电 出电压、电流波形知，各项指标都达到了较高的控制精度。
总结
虽然本文针对Buck变换器双闭 环控制仿真研究进行了相关的理论 分析和仿真研究，但由于本人水平 及经验的限制，本次设计还有很多 不到位的地方，值得我在今后的学 习研究中去完善。
谢谢 观看
图6
输出电流波形
PID控制方法的仿真设计
图7 加PID校正后仿真电路
本文采用凑试法确定PID调节参数 ，凑试法是通过闭环运行或模拟，观 察系统的响应曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试 参数，以达到满意的响应，从而确定PID的调节参数。增大比例系数一般将 加快系统的响应，这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的 超调，并产生振荡，使稳定性变坏。减小有利于加快系统响应，使超调量减 小，稳定性增加，但对于干扰信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以 上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整 定步骤。其具体步骤如下： 首先整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直 至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差小到允许的范 围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例调节器即可，最优比例 系数可由此确定。当仅调节比例调节器参数，控制精度还达不到设计要求时， 则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数为一个较小值，经第一步整定 得到的比例系数会略为增大，然后增大积分常数，使系统在保持良好动态性 能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复修改 比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。应该指出，在整 定中参数的选定不是惟一的。事实上，比例、积分和微分三部分作用是相互 影响的。从应用角度来看，只要被控制过程的主要性能指标达到设计要求， 那么比例、积分和微分参数也就确定了。最终得到的一组较理想的参数为 P=2.2，I=88，D=0.001。

buck电路PID和FUZZY闭环控制设计报告专业：电气工程学号：15S053144姓名：张佳云目录第一章绪论 (1)第二章 BUCK电路的设计与仿真 (2)2.1 设计指标 (2)第三章 BUCK电路的PID设计与仿真 (2)3.1 设计框图 (2)3.2 BUCK开环主电路拓扑参数计算 (3)3.3 BUCK电路PID闭环控制的设计 (6)第四章 BUCK电路的FUZZY设计与仿真 (17)4.1 设计框图 (17)4.2 设计过程 (17)第五章总结 (25)参考文献 (26)第一章绪论BUCK电路是一种降压斩波器，主要通过调节占空比的大小控制输出电压的大小，是一种简单常用的拓扑结构，应用范围广。

本文采用PID控制和模糊控制两种方法控制BUCK电路，使其达到一定的标准。

PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。

PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。

积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。

这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。

因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分项能预测误差变化的趋势，具有抑制误差的作用，可以避免被控量的严重超调。

本文利用这个原理通过给系统添加补偿函数实现对系统的控制。

模糊控制是采用由模糊数学语言描述的控制律（控制规则）来操纵系统工作的控制方式。

按照模糊控制律组成的控制装置称为模糊控制器。

BUCK 变换器的控制技术的研究一、实验目的1、理解开环、电压单闭环和电压电流双闭环控制策略的原理，完成系统闭环控制调试；2、建立变换器的模型，通过仿真和实验掌握电压和电流调节器的参数设计方法；3、验证BUCK变换器的输入输出波形特性，PWM波形，及输入输出数量关系，加深对BUCK变换器连续和断续工作模态下的工作原理及特性的理解。

二、实验内容熟悉SG3525的原理及使用方法，理解PWM波产生过程；研究BUCK变换器开环、电压闭环、电压电流双闭环状态下电路各器件，包括功率管、二极管、电感电压电流工作情况，输入输出电量关系，控制电路参数对变换器的性能的影响。

观察电压纹波，观察不同电感、频率和负载对电流连续点的影响。

理解BUCK 变换器闭环控制过程，掌握闭环性能指标。

变换器的基本要求如下：输入电压：20~30V输出电压：15V（输出电压闭环控制时）输出负载电流：0.1~1A工作频率：50kHz输出纹波电压：≤100m V三、实验仪器6 电压表 27 电流表 28 负载 1四、实验原理1)BUCK主电路原理图（图1）图1.BUCK主电路原理图2)控制电路SG3525内部结构框图（）图2.SG3525内部结构框图五、实验步骤1、将BUCK变换器挂箱的所有开关关闭后再接线。

2、控制电路接20V直流电压，调节电位器RW1，用示波器观察并记录占空比为某一定值时SG3525 各管脚波形及驱动电路输出波形。

注意观察SG3525 的9脚、5脚波形和输出波形之间的关系，理解SG3525 芯片PWM 波产生过程。

调节RW2观测PWM波频率的变化，通过测得的PWM波计算PWM波频率。

3、控制电路接20V直流电压，主电路接6-30V可调直流电压，可控制开关S4打在开环状态。

当将开关打在单环时，电路工作在单电压环控制模式下，打在双环时，电路工作在电压电流双环控制模式下。

分别观察三种控制模式下SG3525各管脚波形及驱动电路输出波形。

buck电路闭环控制设计
Buck电路闭环控制设计
一、Buck电路概述
Buck电路是电力电子器件中常用的一种可以将和原始电压改变大小的方案，广泛应用于电池的充电、稳压电源，消费电子器件和dc/dc转换等领域。

Buck电路主要由开关管、滤波电容、负载、调整元件、传感元件等组成，实现的过程是开关管按照输出电压的需求在吸收和放电电容或负载的过程中，从而从电源端获取能量并将其输送给负载进行稳定的能量转换。

二、设计
Buck电路闭环控制是一种使用控制器对Buck电路实现电压闭环控制的技术。

首先，Buck电路闭环控制设计过程中可以采用不同的电压控制方式，如恒定输出电压、恒定频率和双极性调节等。

其次，在Buck电路闭环控制设计中，需要考虑的参数有控制器电压输入电压，控制器电流输入电压，开关管电流输出电压，负载电流输出电压，滤波电容，传感器和控制器参数等。

最后，在设计中，可以采用多种电路和参数，如二极管，FET，MOSFET，IGBT，和智能控制器等，以及作为输入的检测校准元件。

此外，设计过程中还需要考虑电路谐振的干扰，可根据电路中的核心元件参数以及电感和电容参数等来确定其频率范围，并给出修正措施，如选用高频滤波器和低频滤波器，以实现有效的降噪和抗干扰能力。

总之，在Buck电路闭环控制设计中，需要考虑的参数较多，在实际设计中，需要仔细计算各参数的关系，并结合多种元件来确定最优的调节方式，以达到最佳的控制效果。

3）滤波电容设计
由C
duc dt
ic 可知， 2Vo
1 C
1 Ts 22
IL ，代入数值得 C 20.83uF ，考虑到
电容的等效串联电阻， RESR 0.01 。
三 Buck 变换器控制器参数设计
3.1 电路双闭环控制结构
整个系统的双闭环控制结构图如图 3-1。
图 3-1 系统总控制框图
Bode Diagram Gm = -Inf dB (at 0 rad/sec) , Pm = 28.3 deg (at 1.01e+006 rad/sec) 150
100
Magnitude (dB)
50
0
-50 -120
Phase (deg)
-150
-180
3
4
5
6
7
10
10
10
10
10
Frequency (rad/sec)
10
10
10
10
10
Frequency (rad/sec)
图 3-11 系统总的开环传函
Phase (deg)
四 Buck 变换器 Saber 仿真 4.1 电流环电流跟踪仿真
下图为加入了电流闭环的 Buck 电路，通过给定脉冲基准电流，观察电感电 流跟踪情况。
图 4-1 电流内环跟踪仿真原理图
图 4-2 电流环仿真输出电压和电感电流波形
kv
(
s wz
2
s2( s
1)( s wz3
1)( s
1) 1)
，
wp2
wp3
零点 wz2、wz3 由 wz1 大致确定， wp2、wp3 受到 wA 限制。具体参数需要通过 Saber 仿真，观察输出电压和电感电流波形找到满足电路输出要求的参数。在这里，取 wz2 1000 rad / s, wz3 1200 rad / s ， wp2 wp3 65000 rad / s ，kv 3.3106 。作出 该补偿网络的幅频与相频特性曲线图。

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三电平直流变化器的闭环控制策略探究Buck三电平直流变换器的闭环控制策略探究引言：随着科技的飞速进步，直流电源的应用越来越广泛。

而直流变换器作为一种重要的直流电源变换设备，其稳定性和控制策略的探究显得尤为重要。

本文将对Buck三电平直流变换器的闭环控制策略进行深度探究，旨在提高其输出电流的稳定性和效率。

1. 引言1.1 探究背景现代电子设备对直流电源的需求日益增长，而直流变换器作为直流电源的重要组成部分，具有将输入电源变换为所需电压和电流的功能。

Buck三电平直流变换器作为一种特殊形式的直流变换器，其结构复杂、控制难度较大。

因此，对其闭环控制策略的探究有着重要的理论和实际意义。

1.2 探究目标本文旨在探究Buck三电平直流变换器的闭环控制策略，通过优化控制算法，提高其输出电流的稳定性和效率。

实现这一目标将为直流电源的稳定供电提供有力支撑，并推动直流变换器控制策略的进步。

2. Buck三电平直流变换器的原理2.1 结构Buck三电平直流变换器由输入电路、输出电路和三电平谐振锁相环控制电路组成。

其中，输入电路包括输入电容、输入电感和开关管；输出电路由输出电感、输出电容和负载组成；三电平谐振锁相环控制电路由相位比较器、开关信号产生电路和反馈控制电路组成。

2.2 工作原理当开关管打开时，输入电感储能。

而当开关管关闭时，输入电感的储能通过输出电容和负载传递出去，形成一个周期。

通过控制开关管的开关频率和占空比，可以实现直流变换器的输出稳定控制。

3. Buck三电平直流变换器的闭环控制策略3.1 传统控制策略传统的闭环控制策略接受PID控制器进行控制，即依据电流误差信号计算比例、积分和微分的输出信号，通过控制开关管的开关频率和占空比，实现输出电流的稳定。

然而，传统策略在实际应用中存在一些问题，如控制精度不高、动态响应慢等。

3.2 改进控制策略为了提高Buck三电平直流变换器的闭环控制效果，本文提出一种改进的控制策略。

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。

一种buck+llc级联拓扑的闭环控制方法与流程
闭环控制方法和流程如下：
1. 确定控制目标和性能指标：首先确定需要控制的目标，例如输出电压的稳定性或输出电流的精确控制等。

然后确定性能指标，例如输出电压的波动度或响应时间等。

2. 设计控制器：根据控制目标和性能指标，设计闭环控制器。

闭环控制器的设计可以使用PID控制器、模糊控制器、自适
应控制器等方法。

控制器的设计需要考虑系统的动态特性、稳定性和鲁棒性等因素。

3. 实施控制器：将设计好的控制器实施到系统中。

在buck+llc
级联拓扑中，buck变换器负责输出电压的稳定控制，而llc谐
振转换器负责提供高效的能量转换和滤波功能。

因此，需要根据实际情况将控制器分别实施到buck变换器和llc谐振转换器。

4. 闭环控制系统建模与仿真：根据实施的控制器和系统的数学模型，建立闭环控制系统的数学模型。

然后使用仿真软件进行仿真，验证控制器设计的性能和稳定性。

通过调整控制器参数，优化闭环控制系统的性能。

5. 实验验证和调优：将控制器实施到实际系统中，进行实验验证。

根据实验结果，进行参数调优和优化控制策略。

通过不断优化，使闭环控制系统达到预期的控制目标和性能指标。

总的来说，闭环控制方法和流程包括确定控制目标和性能指标、
设计控制器、实施控制器、闭环控制系统建模与仿真、实验验证和调优等步骤。

这些步骤可以根据具体的buck+llc级联拓扑系统进行进一步的细化和调整。

编号
南京航空航天大学
电气工程综合设计报告题目Buck电路闭环控制策略研究
学院自动化学院
专业电气工程及其自动化
指导教师毛玲
二〇一五年一月
电气工程综合设计（论文）报告纸
i
Buck 电路闭环控制策略研究
摘 要
首先，本文对Buck 电路的3种闭环控制策略进行了原理分析，比较，并对Buck 主功率级电路进行了原理分析和建模，最后完成主电路的参数设计。

其次，本文详细阐述了V2控制工作原理，推导V2控制环的传递函数，并且建立小信号模型，对控制器进行优化设计。

最后使用SABER2007对BUCK 电路的V2控制电路进行了时域频域仿真。

关键词：Buck 电路，V2控制。

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课 程 设 计 说 明 书课程设计名称：电力电子技术 题目：BUCK 开关电源闭环控制的仿真研究- 48V/12V专业：电气工程及其自动化指导教师： 职称： 讲 师课题名称BUCK 开关电源闭环控制的仿真研究-20V/8V 课 题 内 容 及指 标要 求 课题内容：1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完成开关电路的设计2、根据设计步骤和公式，设计双极点-双零点补偿网络，完成闭环系统的设计3、采用MATLAB 中simulink 中simpowersystems 模型库搭建开环闭环降压式变换器的仿真模型4、观察并记录系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载目录第一章课题背景 (1)1.1BUCK电路的工作原理 (1)1.2 BUCK开关电源的应用 (2)第二章课题设计要求 (5)2.1 课题设计内容 (5)2.2 课题设计指标要求 (5)第三章课题设计方案 (6)3.1 系统的组成 (6)3.2主电路部分的设计 (7)3.3闭环系统的设计 (7)3.3.1开环原始传递函数的计算 (8)3.4双极点双零点补偿控制器的设计 (9)3.4.1 有源超前-滞后补偿网络 (9)3.4.2补偿器的传递函数 (9)3.4.2伯德图及相角裕量 (11)3.5闭环系统的仿真 (12)3.5.1传递函数 (12)3.5.2 仿真结果 (12)第四章总结及心得体会 (16)参考文献 (17)附录 (18)第一章课题背景1.1BUCK电路的工作原理降压电路的原理图如图1.1.1所示。

该电路使用一个全控器件S，图中为MOSFET。

图1.1中，为在S关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。

图1.1降压电路的原理图S导通时，等效电路图如图1.2所示，输入端电源通过开关管S及电感器L 对负载供电，并同时对电感器L充电。

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 28V/15V课题名称BUCK开关电源闭环控制的仿真研究-28V/15V课题内容及指标要求课题内容：1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，完成开关电路的设计2、根据设计步骤和公式，设计双极点-双零点补偿网络，完成闭环系统的设计3、采用MATLAB中simulink中simpowersystems模型库搭建开环闭环降压式变换器的仿真模型4、观察并记录系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载电流的波形指标要求：1、输入直流电压(V IN)：28V，输出电压(V O)：15V，输出电压纹波峰-峰值 Vpp≤50mV2、负载电阻：R=3Ω，电感电流脉动：输出电流的10%，开关频率(fs)=100kHz目录一、引言 (1)二、课题简介 (1)2.1 BUCK变换器PID控制的参数设计 (1)2.2 BUCK电路的工作原理 (1)2.3 BUCK开关电源的应用 (3)三、课题设计要求 (3)3.1 课题内容 (3)3.2 参数要求 (4)四、课题设计方案 (4)4.1 系统的组成： (4)4.2 主电路部分的设计 (5)4.3 闭环系统的设计 (6)4.4 闭环系统仿真 (10)五、总结及心得体会 (13)六、参考文献 (13)七、附录 (14)一、引言随着电力电子技术的快速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。

电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。

开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。

伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压、大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。

开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术题目：BUCK开关电源闭环控制的仿真研究- 50V/30V2016年6月电力电子课程设计任务书二级学院：电气与光电工程学院班级：13电二组号：4# 专业：电气工程及其自动化指导教师：职称：讲师目录一、 BUCK电路的基本原理........................... 错误！未定义书签。

二、主电路图的设计 (2)1主电路参数设计 (2)三、闭环系统框图 (3)1系统传递函数框图 (3) (3)2)(sGO的计算四、补偿器传递函数设计及系统仿真 (4)1 补偿器传递函数设计 (7)2闭环系统的仿真 (7)五设计总结 (10)六参考文献 (11)七附录 (12)程序1 (12)程序2 (12)一、BUCK电路基本原理Buck变换器主电路图Buck电路是由一个Mosfet S与负载串联构成的，是一种降压斩波电路，其电路如图1-1.驱动信号Ug周期地控制Mosfet S的导通与截止，通过改变Ug的占空比D，改变输出电压U0。

Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。

Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。

Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM 控制方式。

LDO的特点：①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便。

BUCK电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输入电压Ui。

通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C 的数值。

简单的BUCK电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID控制器，实现闭环控制。

编号__________ 南京航空航天大学电气工程综合设计报告题目Buck电路闭环控制策略研究学院自动化学院专业电气工程及其自动化指导教师毛玲二◦一五年一月Buck 电路闭环控制策略研究摘要首先，本文对Buck 电路的3种闭环控制策略进行了原理分析，比较，并对 Buck 主功率级 电路进行了原理分析和建模，最后完成主电路的参数设计。

其次，本文详细阐述了 V2控制工作原理，推导V2控制环的传递函数，并且建立小信号模 型，对控制器进行优化设计。

最后使用 SABER2007对BUCK 电路的V2控制电路进行了时域频 域仿真。

关键词：Buck 电路，V2控制南凉航空航大学电气工程综合设计（论文）报告纸摘要............................................................................ i•…Abstract .................................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章概述..................................................................... -1 -第二章Buck变换器控制方法简介…2.1电压型控制 ..................2.2电流型控制 ...................2.3 V2控制 ......................第三章Buck变换器原理分析及建模3.1 Buck变换器传递函数.........3.2 Buck电路的边界条件.........3.3主功率电路的参数设计 .........第四章V2控制电路分析及设计••… 4.1V2控制原理分析4.2 V2控制的buck变换器小信号模型4.3V2控制器优化设计第五章电路仿真...................5.1V2控制策略频域仿真5.2时域仿真电路和仿真波形第一章概述1.1课题背景随着CPU运算速度和工作频率的成倍提高，低电压，大电流，小电压容差使微处理器对其供电电源及电源管理系统的要求越来越高。

，我们可以通过仿真实验来验证其有效性。在仿真实验 中，我们可以观察电路的工作状态和性能，并对控制器进行优化和调整。一般来 说，我们可以通过改变输入电压、负载电阻等参数来测试控制器的性能，并观察 输出电压的变化情况。
1、稳定性
在设计和仿真 Buck电路电流闭环控制时，要特别注意稳定性。如果控制器 的参数设置不当，可能会导致电路出现震荡或过冲现象，影响其正常工作。为了 确保稳定性，我们需要对控制器的参数进行精细调整，并采用适当的滤波器来抑 制噪声干扰。
2、参数设置
在设计电流闭环控制之前，我们需要先设置 Buck电路的相关参数。这些参 数包括输入电压、输出电压、开关管的导通时间和关断时间、储能元件的容量等。 参数设置的好坏直接影响到电路的性能和稳定性。
3、控制器设计
控制器是电流闭环控制的核心部分，它包括积分器、比较器和驱动器等。积 分器用于将负载电流转化为相应的电压信号；比较器将负载电流电压信号与参考 电压进行比较，产生控制信号；驱动器则根据控制信号调节开关管的导通和关断 时间。
2、响应速度
响应速度是电流闭环控制的另一个重要指标。快速响应速度可以确保电路在 负载电流发生突变时能够迅速调整，保持输出电压的稳定。为了提高响应速度， 我们可以采用具有较高增益的控制器，并优化积分器和比较器的参数。
3、噪音干扰
噪音干扰可能会对 Buck电路的正常工作造成影响。为了减小噪音干扰，我 们需要在控制器中加入适当的滤波器，以抑制高频噪声。此外，我们还可以通过 优化电路布局和走线来降低噪音干扰。
参考内容
一、引言
Buck电路是一种常见的直流降压转换器，广泛应用于各种电子设备中。其基 本工作原理是通过控制开关管的通断，将输入的直流电压降低到所需的输出电压。 然而，由于负载变化、环境温度变化、电路元件老化等原因，Buck电路的输出电 压可能会出现波动。为了提高电路的稳定性和性能，需要进行闭环设计。本次演 示将介绍Buck电路的闭环设计方法，并对其仿真结果进行分析。