基于Buck结构的DC\DC转换器的Matlab建模与仿真

 开关电源具有功率小、效率高、体积小、重量轻。线路形式多样等诸多优点，在信息、航天、家电、军事、交通等领域得到普通的应用，并取得明显的效果。
斩波器的工作方式有：脉宽调制方式（Ts不变，改变ton）和频率调制方式（ton不变，改变Ts）两种。前者较为通用，后者容易产生干扰。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。
分布式电源的发展及与lT技术的结合，对传统的电路系统造成巨大的影响，带来了对电路系统概念的革新，在同一电路系统中越来越广泛地使用分布式开关电源，使电路技术产生显著进步，形成了新型的专项技术嘲。DC-DC开关电源技术是分布式开关电源的关键技术，与传统的线性电源相比，DC-DC开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、响应速度快、稳定性高、内在限流保护等优点，使其在电源管理芯片中得到了广泛的运用。
目录
摘 要 1
Abstract 2
1 绪论 3
1.1电力电子技术的概述 3
1.2开关电源的研究现状和发展趋势 3
1.3 Buck斩波电路的研究意义 5
1.4 论文的主要研究内容 6
2 Buck斩波电路的原理 7
2.1 Buck变换器的连续导电模式 8
2.2 Buck变换器电感电流不连续的导电模式 10
2.3 电感电流连续的临界条件 11
2.4 纹波电压ΔUO及电容计算 12
2.5参数的计算 12
3 Buck斩波电路的建模 14
3.1开关电路的建模 14
3.1.1理想开关模型 14
3.1.2状态空间平均模型 15
3.1.3小信号模型 17
3.2系统的传递函数 18
3.2.1降压斩波电路的传递函数 18
3.2.2 PWM比较器的比较函数 20
3.2.3调节器的传递函数 21
4 控制电路的设计 22
4.1电压模式控制电路的设计 22
4.1.1电压调节器的结构形式 22
4.1.2电压调节器的参数 23
4. 2 控制电路结构 24
5 Buck斩波电路的控制仿真研究 25
5.1 Matlab简介 25
5.2 Buck斩波电路主电路的仿真 25
5.3 Buck斩波电路的PID控制算法的仿真 27
6全文总结及展望 30
参考文献 31
附录1：主电路仿真模型 32
附录2：主电路仿真波形图 33
附录3：PID仿真图 34
致　谢 35
随着电子产品与人们工作和生活的关系日益密切，便携式和待机时间长的电子产品越来越受到人们的青睐，它们对电源的要求也越来越高。DC-DC开关电源芯片是一种正在快速发展的功率集成电路，具有集度高，综合性能好等特点，具有很好的市场前景和研究价值。
论文在研究开关电源技术发展现状和前景的基础上，设计一种Buck型DC-DC开关电源的设计。首先对主电路的工作原理和系统构成进行了研究和分析，包括工作过程中各个元器件的工作状态和工作特点。在完成主电路部分后对主电路建立理想模型、状态空间平均模型和小信号模型，得出系统的传递函数。采用电压模式控制方式，PID控制算法来进行控制，通过临界比例度法整定PID参数。最后通过Matlab对系统进行仿真，仿真结果达到设计指标。
关键词：Buck型开关电源；小信号模型；电压模式控制；PID控制算法
Buck斩波电路的研究意义
形形色色的移动通讯设备、便携式娱乐设备、车载设备等电子产品的发展日新月异，它们越来越强调多功能、小体积以及绿色环保等特性，这将推动电源管理技术的蓬勃发展。以3G智能手机、便携多媒体播放器、GPS导航设备、MP3播放器为代表的便携式消费电阿子产品，对长电池使用时间、高功能集成度和小外形因子等方面提出更高要求，DC-DC开关电源，电源管理单元(PMU)等电源产品不断推陈出新[3]。
电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60％来自电源[12]。因此，电源越来越受到人们的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源，就是其调整管工作在线性放大区，开关稳压电源的调整管工作在开关状态。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的～种电源。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子和电器设备领域，计算机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源[10]。由于其高效节能可带来巨大经济效益，从而得到迅速推广。
分布式电源的发展及与lT技术的结合，对传统的电路系统造成巨大的影响，带来了对电路系统概念的革新，在同一电路系统中越来越广泛地使用分布式开关电源，使电路技术产生显著进步，形成了新型的专项技术嘲。DC-DC开关电源技术是分布式开关电源的关键技术，与传统的线性电源相比，DC-DC开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、响应速度快、稳定性高、内在限流保护等优点，使其在电源管理芯片中得到了广泛的运用。
1.4 论文的主要研究内容
本文主要研究的内容是Buck变换器的PID控制，给出仿真结果。
第二章主要介绍Buck变换器的三种工作模式：电流连续模式、电流断续模式和临界导电模式。并介绍了三种工作模式下各元件的电流和电压的波形图、计算公式，按设计要求完成参数的计算。
第三章对Buck变换器建立模型，介绍了理想模型、状态空间模型和小信号模型，并对三种模型进行比较，因为小型号模型的状态方程是线性定常的一阶微分方程组，可以用来建立开关电路的传递函数。建立主电路的传递函数。
第四章对控制电路作出了理论设计，介绍了电压模式控制和控制电路的各个环节，主要包括驱动电路，调节器电路和保护电路。
第五章对主电路和PID控制算法进行了Matlab仿真，并对仿真结果进行分析，同时介绍PID参数的临界比例度法。
第六章对全文进行系统总结。