基于PSIM的BUCK闭环电路设计
时间:2022-09-17 22:30:01
文章目录
- 前言
- 一、设计指标及要求
- 二、主回路电容电感值
- 三、选择开关设备
- 四、控制器结构及参数
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- 1、主电路开环传输函数:
- 2、补偿环节Gc(s)采用类型3——PID调节器
- 3、PSIM仿真
- 四、阶跃实验结果
- 五、电路改进
- 总结
前言
本文是电力电子技术DCDC变化器中的BUCK,主要采用PSIM模拟适用于需要设计此变换器的学生。
一、设计指标及要求
BUCK变换器的相关指标如下:
输入电压:标称直流488V,范围: 43V~53V
输出电压:直流25V, 4A
输出电压纹波: 100mV
电流纹波: 0.25A
开关频率: 250kHz
相位裕量: 60°
幅值裕量: 10dB
设计要求:
1)计算主电路的电感和电容值
2)选择开关设备MOSFET,计算其电压和电流定额
3)设计控制器结构和参数
4)画出整个电路,给出模拟结果、分析和结论
二、主回路电容电感值
电感值计算:
电容值计算:
实际上,考虑到能量储存、输入和负载变化的影响,C值一般大于计算值。故取120uF,此外Resr=50毫欧.
三、选择开关设备
额定电压:直流电源的输入电压为43-53V,因此,漏源最大电压为20%-30%,这里取20%Un=63.6
额定电流:其尖峰电流Imax=4.25A,选择20%的裕量,In=5.1A
四、控制器结构及参数
1、主电路开环传输函数:
获得代入:
用PSIM模拟得到波特图
根据三频段法,低、中、高频段不符合我们的要求。
若锯齿波的幅值为1V,,则得R1=4000欧,Rbias=1000欧,故Gpwm=1,H(s)=1/5原始得回路增益不考虑调节器T0=Gvd(s)GpwmH(s),波特图与Gvd得波特图相似,其幅频特性曲线向下平移,分析相似,仍不符合要求,因此引入调节器。
2、补偿环节Gc(s)采用类型3——PID调节器
(1)确定相位裕度:取60°
(2)确定剪切频率fc:PID最大增益为180°,故总有90°相位裕量。所以不管fc取多少,其相位裕量总大于60°,fc系统响应速度越大,但速度越快fc过大,开关频率过高,造成开关损耗大等缺点。因此,有必要妥协考虑。在这里取fc=10KHZ.
(3)确定Gb:开环函数在fc处的增益为13.5892db=4.78064.
(4)计算K: 根据此表达式使用matlab即可计算出K=13.557.
(5)确定零极点:
(6)确定参数:
采用matlab解方程可获得五个参数
3、PSIM仿真
电压稳定时间约为1ms,其电压值稳定在25V,峰值电压为33.86V,
稳定电压纹波1.1262mV。
电流纹波1稳定后.8082mA。
四、阶跃实验结果
从满载——半载——满载
从满载到半载,电压略微变大,稳定时间大约在0.4ms
从半载到满载,电压略微变小,稳定时间大约在0.4ms
五、电路改进
由前文可知,其超调为35.44%,在实际中的器件一般无法承受,故不实用,这里采用软起动方法,其原理是让参考电压从零开始缓慢增加。
其超调几乎没有。
总结
总的来说,设计BUCK闭环调节器,用到的技能还是非常多的,如果能够自己做一遍,收获还是蛮大的,当然博主的能力有限,如果有错误请大家在评论区指出,欢迎大家积极讨论!
如果有需要,可以下载PSIM的仿真电路。https://download.csdn.net/download/qq_40890957/13194096