電壓環(huán)與電流環(huán)設(shè)計報告

1、控制電路設(shè)計一、電流環(huán)的設(shè)計電流環(huán)的設(shè)計核心是控制主電路上電感電流的平均值， 使它處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)主電路與設(shè)計思路得電流控制環(huán)的系統(tǒng)框圖如下：其中Vcv為電壓環(huán)的輸出電壓（即系統(tǒng)的參考電壓），Vs為鋸齒波的幅值，IL為電感上的電流，K1為采樣的放大倍數(shù)。設(shè)置PI為單零點(diǎn)一單極點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。如下圖所示：因為系統(tǒng)的開關(guān)頻率為100KHZ為了避免開關(guān)頻率對控制環(huán)路的影 響，穿越頻率fci必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率，當(dāng)然為了對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng) 的速度，我們希望fci越大越好，在一般的開關(guān)電源中，fci都小于 開關(guān)頻率的1/10，此處我們設(shè)置為開關(guān)頻率的1/10，即10KHZ補(bǔ) 償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：G1（s）=R

2、C，由系統(tǒng)框圖可以得系統(tǒng)的開RGS環(huán)傳遞函數(shù)為：G2（S） -RGS F丄丄K1，式中：Vs=5V。L=15uH;RGS VS SLK1=1/100; S=jw;代入上式，當(dāng)fci=10KHz時，G2（S） =1，令補(bǔ)償零點(diǎn)角頻率w - 在fci/2處，即Wi- =5KHz ,經(jīng)計算得R2C1R2C1RG=2.7 1oSR2G = 2 10°,所以色=74,令 Ri = 1K，得 R2=74K, G=2.7 Rnf,代入得開環(huán)傳遞函數(shù)為：G2（S） = S2 5000 ,經(jīng)MATLAB畫出BODES2 /10圖如下：KIId1I I i ij.lli PwjuencT （r-nlfc

3、Kj i廠$從上圖可以看出，在(1/2)fci頻率處，開環(huán)傳遞函數(shù)的斜率由-40dB變 成-20dB，可以達(dá)到較快的動態(tài)響應(yīng)，由于傳遞函數(shù)以 -20dB的斜率 穿越0dB線，也可以獲得足夠的相位裕量(64度)。同時由于從 0Hz(1/2)fci之間，開環(huán)傳遞函數(shù)以-40dB斜率衰減，可以獲得很高 的靜態(tài)增益，從而使得靜態(tài)誤差非常的小。根據(jù)乃奎斯特環(huán)路穩(wěn)定性 判據(jù)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的，設(shè)計也合理。二、電壓環(huán)的設(shè)計在電壓環(huán)的設(shè)計中，電流環(huán)可視為控制對象的一個環(huán)節(jié)，因此先得求 取電流控制環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，由前面的電流控制環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)G2 (S)二S 5000S2 /10得閉環(huán)傳遞函數(shù)為G3林護(hù)鷗，同理

4、MATLAB得其BODE圖如下:Frswew根據(jù)該閉環(huán)傳遞函數(shù)的 BODE圖，為了便于分析我們用傳遞函數(shù)G4 (S) 近鄰代替它來處理，G4佝的BODE圖如下所示：1 S/104Me sftffST'-K- a Jn再根據(jù)整個電路，可以得電壓環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)圖如下:VrefVo框圖中Vref為系統(tǒng)給定電壓(2.5V) ,CA電流環(huán)控制單元，K2為輸 出電壓采樣放大倍數(shù)，Vo為輸出電壓，1/SC為輸出阻抗。PI調(diào)節(jié)器 采用與電流環(huán)結(jié)構(gòu)一樣的單極點(diǎn)一單零點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示：由于在fci以下，電流環(huán)增益為1,相位為0在電壓環(huán)的設(shè)計中，電流環(huán)為單位1，為了使整個系統(tǒng)得到較高的中頻帶寬，設(shè)電壓

5、環(huán)的穿越頻率fcv=1KHz,電壓環(huán)PI補(bǔ)償零點(diǎn)角頻率W2 =(1/2)fcv,設(shè)計R4C2方法與電流環(huán)的設(shè)計一樣：在fVfci下，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：G5(S(R4C2S 1)丄K2，其中 r3c2s scK2=2.5/12=1/4.8,C=4700uf,S=jw，當(dāng)fcv=1KHz時，|G5(jw) =1，代入計算得 R4C2 =1/500 ,尿=9.91 10*，所以 旦4 =20,取 R3=1K R4 =20K, C2 =0.1uf, R3S 500將計算結(jié)果代入話冷，得BOD圖如下:由此得出的結(jié)果與電流環(huán)控制環(huán)類似，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。m朋 l.丄找.短二當(dāng)f>tc匚時，把整個電流環(huán)加入系統(tǒng)中，得整個電壓環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為、j ! i :訃 r i 1，得到BOD圖如下:S2/(1.12 10") 1S/104G6(S)二40 卜J.4時T : :-Ki : ? -：2S 500 1由整個BOD圖可知，系統(tǒng)在0 500Hz時以-40dB斜率下降，具有較高的靜態(tài) 增益，從而使得靜態(tài)誤差非常的小，在(1/2)fcv(500Hz)頻率處，開 環(huán)傳遞函數(shù)的斜率由-