基于PID控制方式的9A开关电源Multisim
仿真研究
学院：电光学院
专业：电气工程及其自动化
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目录
1.引言 ............................................................................................................................................................................ 3 2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计 ........................................................................................................... 3 2.1设计指标 ................................................................................................................................................................. 3 2.2 Buck主电路的参数设计 ....................................................................................................................................... 4 2.3用Multisim软件参数扫描法计算 ........................................................................................................................ 5 3．PID补偿网络设计 ................................................................................................................................................... 8 3.1主电路直流增益计算 ............................................................................................................................................. 8 3.2补偿网络的设计：控制方式为PID. ..................................................................................................................... 9 3.3变换器传递函数及波特图 ................................................................................................................................... 11 4. Buck变换器的负载突加突卸仿真........................................................................................................................ 12 4.1总电路图的设计如图 ........................................................................................................................................... 12 4.2突加突卸80%负载 ................................................................................................................................................ 14 5. 小结 ........................................................................................................................................................................ 15 参考文献 ...................................................................................................................................................................... 15
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1.引言
开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈。粗略的讲，只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节，这样就使问题变得复杂了。例如，已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢，如果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以，开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧，设计出合理的控制器，用控制器来改造控制对象的特性。
常用的控制器有比例积分（PI）、比例微分（PD）、比例-积分-微分（PID）等三种类型。PD控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；PI控制器能够保证系统的控制精度，但会引起相位滞后，是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性；PID控制器兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。
2.基于PID控制方式的Buck电路的综合设计
Buck变换器最常用的电力变换器，工程上常用的正激、半桥、全桥及推挽等均属于Buck族。现以Buck变换器为例，根据不同负载电流的要求，设计功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。 2.1设计指标
输入直流电压(VIN)：10V； 输出电压(VO)：5V； 输出电流(IIN)：9A； 输出电压纹波(Vrr)：50mV； 基准电压(Vref)：1.5V； 开关频率(fs)：100kHz。
Buck变换器主电路如图1所示，其中Rc为电容的等效电阻ESR。
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