Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计1.占空比D计算2.电感L计算3.电容C计算4.开关元件Q的选取二.Buck变换器开环分析三.Buck闭环控制设计1.闭环控制原理2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法3.PSIM仿真4.补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会Buck变换器性能指标:输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V输出电压：直流电压24V，5A输出电压纹波：100mv电流纹波：0.25A开关频率：fs=250kHz相位裕度：60幅值裕度：10dB一.Buck主电路设计：1.占空比D计算根据Buck变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D的变化范围。U24VDo0.558maxU43VinminU24VDo0.453minU53VinmaxU24VDo0.5nomU48Vinnom2.电感L计算(U-U)T(U-U)DLinmaxoon(min)inmaxomin105uH2i2ifLLs3.电容C计算i0.25CL1.25uF8vf8*0.1*250000s电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V，则电容耐压值应大于24.1V。考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V电容。4.开关元件Q的选取该电路的输入电压是43V~53V，则开关管耐压值为53V，电流的最大值为IIi5A0.255.25Af250KHz因此选用的QpoL，其开关频率为，MOSFET管MTD6N15T4G，其额定值为。150V/6ABuck主电路传递函数Gvd（s）占空比d（t）到输出电压Vo（t）的传递函数为：1s/G(s)Uzvdin1s/Qs2/200其中，11,Q,0LC(1R/R)(L/RRC)esr0esr1zRCesr取Resr=50mΩ，负载R=4.8Ω，又知L=105uH，C=120uF，可求得ω0=8862.7rad/s，f0=ω0/2π=1410.5Hz，Q=4.0269，ωz=166670rad/s，fz=ωz/2π≈26526Hz。1s/166670G(s)48*vd1s/(4.0269*8862.7)s2/8862.72二.Buck变换器开环分析Matlab仿真频域特性如下bode图由上图可得，Gvd(s)的低频增益为33.8dB，截止频率fc=10.2KHz，相位裕度=23<60，相位裕度不足，高频段是-20dB/dec。1.开环传递函数在低频段的增益较小，会导致较大的稳态误差2.中频段的剪切频率较小会影响系统的响应速度，使调节时间较大。剪切频率较大则会降低高频抗干扰能力。3.相角裕度太小会影响系统的稳定性，使单位阶跃响应的超调量较大。4.高频段是-20dB/dec,抗干扰能力差。PSIM仿真（1）输入电压为48V时电压仿真波形如下图电压稳定时间大约5毫秒，稳定在24V电压稳定后的纹波如下图电压稳定后的纹波大约为0.01V电流仿真波形如下图电流稳定时间大约6毫秒，稳定在5A电流稳定后的纹波如下图电流稳定后的纹波大约为0.002A（2）输入电压变为53V时当输入变为53V时，输出电压变为了26.5V。由仿真结果知，输出电压随输入变化而变化，无法使负载得到稳定的电压。三.Buck闭环控制设计1.闭环控制原理UoQAL+fVinRDC-fH(s)脉宽Gc(s)-调制+Vref输出电压采样与电压基准送到误差放大器，其输出经过一定的补偿后与PWM调制后控制开关管Q的通断，控制输出电压的稳定，同时还有具有一定的抑制输入和负载扰动的能力。令PWM的载波幅值等于1，则开环传递函数为F（s）=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法补偿环节Gc(s)选用PID调节器。G(1s/)(1s/)Gc(s)bcz1z2Ks(1s/)(1s/)p1p2其中，2f2f，c，2fKccz1z2Kp1p2cK1111，，，，cz1z2p1p2CCGb*R(CC)RCC(RR)RC1133311221R233CC23（1）确