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具有隔离DC-DC降压变换器仿真设计VIP免费

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具有隔离的DC-DC降压变换器的仿真设计1.设计要求输入电压:UIN=100±20V;输出电压:UO=12V;输出电压纹波:ΔU<70mV;输出功率:PO=12W;效率:>78%;半载切满载,满载切半载,输出电压变化小于200mV;10%负载切半载,半载切10%负载,输出电压变化小于200mV;负载调整率小于1%;变换器带有隔离环节;2.开环参数设计根据输入输出电压值和要求带有隔离环节,本文采用正激变换器。为了便于仿真,本文使用线性变压器,省略原端磁复位结构。设定变压器匝数比为4,由INOUDNNU12,得开环占空比D=0.48。让电路工作在电流连续模式,由公式A1)1(2DDLTUIiLC,求出电感最小值31.2uH,取电感值为48uH;由公式mV708)1(2OOULCTDU,求出电容最小值为27.8uF,取电容值为60uF。观察开环仿真输出,纹波峰峰值约为25mV,小于70mV,满足要求。纹波波形如图所示:3.闭环系统PID方案的参数设计和仿真闭环系统框图如下:Gc(s)H(s)Gm(s)Gvd(s)×-+VrefVo其中,Gc(s)为控制器的传递函数,Gm(s)为幅值等于1的三角波比较器传递函数,因为直接把输出电压反馈回系统,所以H(s)=1。由于开关电源是一个线性与非线性相结合的综合系统,研究起来比较困难,本文应用状态空间平均法来对其中的buck电路拓扑进行小信号分析,不考虑“ESR零点”,得出buck电路的小信号标准化模型为:LCsRsLsGvd2/11)(,由此可知系统的开环传递函数为LCsRsLVNUsGRAMPINd2/111)(。代入数据可以得到系统的开环传递函数11041088.225)(629sssGd。此时,未校正的系统伯德图如下所示:从图知开环系统的相角裕度为0.871度,为使系统有良好的相对稳定性,选取剪切频率为开关频率的1/5,即20kHz。从图读出20kHz时增益为-5dB,选相角裕度为50度,则20kHz处需要校正的相角为+49.129度。已知PID控制器的传递函数为Gc(s)=)1(DIPsKsKK,设PD环节传递函数GPD=KP(1+τs),由相频特性和幅频特性得出:129.49arctanC(1)dB51lg2022CPK(2)解方程(1)和(2)得s102.96,16.1PK,则)102.91(16.16sGPD。设PI环节的传递函数ssGPI1000(让积分常数的倒数位于低频段),则)102.910001(16.1)(6ssGGsGPIPDc。为了使系统的超调减小,波形更理想,在仿真时对参数进行了微调,最终确定的PID参数为:KP=1.16,KI=1000,KD=5108.3。Gc(s)的伯德图如下:将控制器传递函数与原来的开环传递函数相乘,得到校正后系统的开环传递函数为:G(s)=Gc(s)Gd(s)=sssss2639241041088.22900025.29106675.2。对应的校正后伯德图如下:对电路拓扑用MATLAB进行搭建,闭环仿真电路图如下:下面进行波形分析与指标测试:(1)不加干扰时输出电压波形:输入电流波形:有以上两幅波形可以算得:超调σ%=1.15%,纹波峰峰值为23mV,调整时间ts=1.26ms(Δ=0.05),额定效率=1.44A100V1A12V=83.33%,均满足要求。(2)满载半载相互转换在0.004s时将负载由满载切换至半载,电压波动约为72mV,0.008s时将负载由半载切回至满载,电压波动约为75mV。两次切载电压波动均小于200mV,满足要求。波形如下:(3)轻载(10%负载)与半载转换在0.004s时将负载由半载切换至轻载,电压波动约为84mV,0.008s时将负载由轻载切回至半载,电压波动约为60mV。两次切载电压波动均小于200mV,满足要求。波形如下:(4)电源扰动分析在0.004s加扰+20V电源扰动,输出电压波形如图所示:由图算得电压波动为110mV。当0.004s时加入-20V的电源扰动,输出电压波形如图:由图可知电压波动为-132mV。所以在电源输入UIN=100±20V情况下,输出完全满足要求。(5)负载调整率测试满载切半载时的负载调整率为%033.0%100998.11002.12998.11S;满载切轻载时的负载调整率为%017.0%100000.12002.12000.12S;所以两种情况的负载调整率均小于1%,满足要求。最后看一下系统先后经历满载切半载,半载切满载,和电源+20V扰动时的输出波形:4.闭环系统FUZZY控制仿真在PID仿真电路基础上搭建FUZZY控制的闭环系统,如图所示:由于输入量只有E和EC,系统对静差的消除作用较小,以至于在满载切换到轻载时波形波动严重,并且加入电源扰动时波形也会发生畸变。针对以上问题,采用PID与FUZZY控制相结合的方法,加入比例积分控制模块,以使系统的静...

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