CAD课程设计BUCK降压电路工作原理

CAD课程设计BUCK降压电路工作原理 华东交通大学课程设计报告 摘要 ........................................................................................... 2 引言 ........................................................................................... 2 一、设计要求及思路整理 ....................................................... 3 1)设计要求 ........................................................................ 3 2)分析 ................................................................................ 3 二、Buck电路的基本原理 ...................................................... 4 1)Buck电路原理 .............................................................. 4 2)输出电压uo和电流io的计算 ..................................... 5 三、闭环控制 ........................................................................... 6 四、平均电流控制系统仿真 ................................................... 7 五、 ......................................................................... 17 参考文献 ................................................................................. 18 1 华东交通大学课程设计报告 摘要 本设计是在理解掌握BUCK降压电路工作原理的基础之上，熟悉一般电源负反馈的控制方法，实现平均电流控制。本设计使用Matlab和Simulink软件实现仿真，建立BUCK降压电路的小信号模型，并使用仿真软件所提供的实际功率元件模型，对Buck降压电路引入负反馈，并对电流模式控制中的平均电流控制进行仿真。 关键字:BUCK降压电路 负反馈 平均电流控制 引言 随着科技的发展，电子设备的提升，开关电源的控制方式给人们带来越来越多的方便，使得其在更多方面中得到应用。然而其中的平均电流模式具有高增益的电流放大器、能精确地跟踪电流设定值、噪声抑制能力强、无须斜坡补偿、可应用在任意电路拓扑上等诸多优点，以至其得到大多数设计者所青睐。 2 华东交通大学课程设计报告 一、设计要求及思路整理 1)设计要求 (1)利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建平均电流控制系统的仿真型。 (2)要求对脉冲电路进行封装。 (3)仿真参数为:E=100V; Ma=0.8-0.95; N=9-21; h=0.0001s，其他参数自定。 (4)给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图。 (5)选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。 2)分析 (1)先理解Buck降压电路工作原理及其的matlbe仿真。 (2)分析闭环控制:首先利用传感器检测Buck电路的输出电流I0，然后通过检测的输出电流和给定电流Iref进行差值，再把这个电流差值送给PI调节器，最后把PI调节器输出的信号作为脉宽调制信号与三角载波进行调制，产生IGBT触发信号，对IBGT进行控制。最终使得输出电流动态跟踪给定电流。 (3)利用matlbe与Simulink系统对其进行原理图连接以及仿真，通过仿真得到波形图(采用subplot作图)和频谱图。 (4)修改参数进行再次仿真，比较仿真结果，给出结论。 3 华东交通大学课程设计报告 二、Buck电路的基本原理 1)Buck电路原理 开关电源主要采用负反馈控制，使输出电压或输出电流保持稳定，因此遵循控制系统的规律，降压型开关电路建模以Buck型降压电路图1 所示为例(其他降压型电路拓扑如半桥、全桥也同样适用) ,图中开关器件包括开关器件IGBT、续流二极管VD，滤波电感,，滤波电容,，负载电阻,。图1给出了Buck电路的拓扑图。 图1 Buck电路拓扑图 图2 Buck电路工作波形图 当t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流 4 华东交通大学课程设计报告 io按指数曲线上升;当t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负 载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动 小通常使串接的电感L值较大。 2)输出电压uo和电流io的计算 ,(电流连续时, 负载电压平均值: (1) ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比 负载电流平均值: (2) ,(电流断续时，Uo被抬高，一般不希望出现 斩波电路三种控制方式: (1)T不变，变ton —脉冲宽度调制(PWM) (2)ton不变，变T —频率调制(PM) (3)ton和T都可调，改变占空比—混合型 5 华东交通大学课程设计报告 三、闭环控制 根据课设要求，我们首先要确定一个Ierf值，这里我确定的Iref=5A。然后将引入的Buck电路电流I0与Iref进行差值，再把这个电流差值送到PI调节器，接着把PI调节器输出的信号作为脉宽调制信号与三角载波进行调制，产生IGBT触发信号，对IBGT进行控制。最终使得输出电流动态跟踪给定电流。 下图即为我所做的闭环控制: Buck电路电流I0从In1引入，然后经过差值、调制形成一个IGBT触发信号从Out1输出，接着信号进入Buck电路对IGBT进行控制，最后使得输出电流跟踪到给定电流Iref。 6 华东交通大学课程设计报告 四、平均电流控制系统仿真 1)平均电流控制系统原理图: 子系统: 子系统内部封装电路: 7 华东交通大学课程设计报告 2)参数设定 (1)电容、电感、电阻数值设定: 8 华东交通大学课程设计报告 (2)三角载波周期与幅值 9 华东交通大学课程设计报告 (3)仿真时间设定 10 华东交通大学课程设计报告 3)仿真结果: 11 华东交通大学课程设计报告 4)改变参数及其结果: (1)改变参数 12 华东交通大学课程设计报告 (2)仿真结果 结论:改变了参数后，仿真出的波形更准确了，没有出现失真现象，但是Buck 电路电流I0跟踪到给定电流的时间增长了。 13 华东交通大学课程设计报告 5)频谱图 (1)电感电压: (2)电流I0 14 华东交通大学课程设计报告 (1)电阻电压: (4)电容电压: 15 华东交通大学课程设计报告 (5)IGBT电压: (6)IGBT触发信号: 16 华东交通大学课程设计报告 五、心得体会 为期一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中也发现了自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。 由于本人的设计能力有限，在设计过程中必然会出现不足与错误，望老师见谅并批评、指正，我将虚心接受。 17 华东交通大学课程设计报告 参考文献 [1]王兆安，刘进军.电力电子技术，机械工业出版社，2009.5 [2]刘卫国.MATLAB程序设计与应用(第二版).北京:高等教育出版社，2008. .机械工业出版社 [3]张晓华，控制系统数值仿真与CAD(第3版) [4]张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,2003. [5]徐德鸿.电力电子系统建模及仿真[M]. 北京:机械工业出版社,2007. 18