直流稳压电源设计报告

直流稳压电源的设计

与仿真报告

班级：电气09级卓越二班

姓名： 杨正清 学号： 200900191179 日期： 2012.4.22

一、设计要求：

设计一个直流稳压电源，有关指标为：

输入电压：标称直流48V，范围：43V-53V 输出电压：直流24V 输出电流：直流5A 输出电压纹波：100mv 输出电流纹波：0.25A 开关频率：250KHZ 相位裕量：60° 幅值裕量：10dB

二、设计计算

1.电路参数计算

Ts=f=4∗10−6s

s

1

D 43V =Vinmin=0.558s D 53V =Vinmax=0.453s

Vo

Vo

峰值电感电流：Isw=IL+△iL=5.25A 开关峰值电压：Vsw=Vinmax=53V

L=

(Vinmax−Vo）∗DTs

△iLTs8△iL

C=

2∗△iL=1.25uF

=1.051e−4

实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C的取值一般要大于该计算值，去120uF

2.开环传递函数计算

根据公式：

Wz=ResrC Wo=

11RR LC 1+esr

Z= C Q=Z 其中Resr取50mΩ

LR

计算得：

Wz=1.67e5 fz=26.525KHZ fo=1.41KHZ To=709.29us Wo=8858.45rad/s

Q=4.026

s

1.67e5G s = s2s1++

7.85e73.57e4画出开环传递函数的bode图：

48 1+

Bode Diagram50Magnitude (dB)Phase (deg)0-50-1000-45-90-135-180103104105106107108Frequency (rad/sec)从图中可以定性的看到，开环系统的相位裕量非常小，不满足要求。

3、按照题目要求对系统进行校正

采用比例积分微分调节器，根据K因子法进行系统校正。 （1）、确定fc

根据开环传递函数bode图，选择Wo=105.7rad/s,此时fo约等于10KHZ。 （2）、确定fc处的相角及相位裕量，计算需要的相位超前量Φb Angle（Gc（s）s=wj）=-148° 相位裕量为180°-148°=32° Φb=60°+148°-90°+10°=128° （3）、基于Φb，确定K值

根据k因子法，Φb=2（tan−1 k−tan−11 ）。

k解得k=18

4、计算调节器参数

根据公式：

由于方程为有6个未知数，4个方程的欠定方程，故假定R2=1Ω，C2=1uF 解方程得：

R1=17KΩ R2=1KΩ R3=0.4KΩ C1=375pF C2=1000pF C3=0.014uF 调节器传递函数：

1+6.765e−6s 1+6.816e−6Gc s =s

3.07e−4s 1+3.75e−5s 1+3.78e−5s

三、器件选择

主电路：

电源：直流电源48V，波动范围43-53V 开关（MOSFET）：N沟道MOSFET，最大电流6V，耐压53V 电感：1.2*10e-4F

电容：120uF，Resr=50mΩ 二极管

控制电路：

PID：R1=17Ω R2=1Ω R3=0.4Ω C1=0.375uF C2=1uF C3=14uF 比较器

三角波发生器 参考电源

驱动、电阻等；

四、系统搭建与仿真

利用PSIM软件及MATLAB软件对系统进行仿真。

1、利用PSIM根据计算参数搭建系统

仿真结果： （1）电压纹波：

（2）、电流纹波：

2、用matlab软件检测系统裕量是否满足要求

s=tf('s');

Gvd=48*(1+s/1.67*10^5)/(1+2.8*10^-5*s+s^2*1.27*10^-8); H=1/3.3;

C=(1+6.765*10^-6*s)*(1+6.816*10^-6*s)/(3.07*10^-4*s)/(1+3.75*10^-7*s)/(1+3.78*10^-7*s); sisotool('bode',Gvd,C,H)

从校正后系统的bode图上看出系统在频率fc处满足题目所要求的裕度要求。

五、感受与收获

通过这次直流稳压电源的设计，加深了对back电路的了解和认识，知道了直流稳压电源的结构构成和设计方法；加深了对自动控制理论的理解，初步掌握了控制理论的应用，知道了如何根据传递函数形成校正装置；熟悉了PSIM软件以及MATLAB软件在电力电子设计中的应用。