具有隔离DC-DC降压变换器仿真设计VIP免费

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...