buck dc/dc变换器并联控制系统设计、**和分析。
牛海超。哈尔滨工程大学自动化学院。
摘要：开关电源模块化、易携带、高效，广泛应用于汽车电子、计算机以及网络通信等领域。在众多的开关电源形式中，最简单也最为广泛应用的是buck dc/dc直流斩波变换器，变换器的性能优劣取决于其控制方式，系统抗扰动能力，响应速度和稳态输出性能，因而本文采用基本的pid控制方式，来取得能够达到要求系统指标的控制方式及参数。
对于实际应用中，为了加强系统的冗余性，提高工作的稳定性，本文对两个模块的buck变换器进行并联运行，实现双模块的电流均衡控制，功率均分。本文以400v变换200v的5kw的dc/dc系统作为模型进行matlab**并从频域对其进行分析。
关键词：buck变换器 pid控制并联运行。
本文从单个模块的buck变换器的参数确定、频域分析以及并联调试，使两模块达到恒流均功率运行，并达到要求的稳态指标，预备完成两个buck变换器的并联控制系统的设计，单个模块的功率为5kw，输入直流电压400v，输出直流电压200v，开关频率为10khz。
buck变换器是形式最简单功能最单一的直流降压变换器，通过控制igbt开关管的导通时间（即占空比）来控制系统的输出电压，其电路结构及控制框图如图1所示。
图1 buck变换器电路结构。
1、单个buck dc/dc直流变换器的设计。
1.1电感的参数设计。
以给定的buck变换器的设计指标， v， v， khz， kw，可以求出在额定工作状态下的等效负载电阻为：
对于电感参数的确定，由于电感与电感电流相关，希望电路在轻载工作状态下能够保证电感电流的连续，则取10%的额定电流来计算电感参数。
则在开关管截止状态下，电感电流放电，临界情况下电感电流在截止区间内刚好降为零，那么有。
结合上述两式，得到，求得mh，以经验这个电感值对于本小功率系统过大，故取电感为1mh。
1.2 电容参数的设计。
电容的选择上有指定的输出电压纹波系数决定，取输出电压纹波系数为0.1%，由于，对电容进行充电，产生纹波电压=0.2v，那么可以求得电容值为：
f在这里取电容值为500μf。
2、buck变换器的传递函数模型建立及频域分析。
2.1 buck变换器传递函数模型的建立。
针对文章开始的buck变换器的电路结构可以得出，有以下关系：
其中为电压电流双闭环的pi调节器输出，是pwm调制器的三角波幅值，为滤波器前端的输出电压。
由上述关系式可以建立出buck变换器的传递函数模型如图2。
图2 buck变换器传递函数模型。
2.2 buck变换器的校正和频域分析。
buck变换器的控制策略采用电压-电流双闭环设计，首先对电流内环进行设计，电流环决定了系统的动态响应速度，所以要求系统带宽要充足，否则会恶化系统的动态性能。
1）电流环节的设计。
电流内环的结构图如下图3所示。
图3 电流内环传递函数结构图。
由求得的电感参数和给定指标可以求得系统电流内环的开环传递函数：
由上式求得的传递函数可知，其幅频特性曲线是一条斜率为-20db/十倍频程的直线，相频特性曲线是一条恒定为-90db的水平线，利用matlab画出其波特图可以看出穿越频率=80000rad/s，在开关频率附近。开环特性不仅仅显示系统存在稳态误差，同时对于系统的高频抑制上比较差，因而引入电流环补偿。
采用上述形式的补偿传递函数不仅可以提高系统型别，使稳态误差为零，同时可以调整系统带宽，在此处，取rad/s， rad/s，使穿越频率位于a、b中点上，则。
rad/s那么，在处补偿后系统传递函数增益为1，那么，可以求得=1557。至此确定电流内环的补偿函数：
那么经校正的电流环开环传递函数为：
画出电流环节经过补偿函数校正后的波特图如下图4。
图4 电流内环加入补偿后波特图。
电流环节闭环传递函数为：
其波特图为下图5。
图5 电流环闭环波特图。
加入补偿后，系统电流环穿越频率rad/s，约为0.3，相角裕度符合要求。
1）电压外环的设计。
电压外环影响系统的稳定性和高频抑制，在对电压外环设计时，将之前设计的电流环一个整体视为一个环节，电压环设计结构图如下图6所示。
图6 电压外环结构图。
由电流内环经补偿后的波特图可以看出在穿越频率之前区域增益为1，相角为0，故在对电压环设计时可以将电流环整个环节视为一个放大系数为1的比例环节。
那么电压环未经补偿的开环传递函数为：
其穿越频率为rad/s，为使最终系统的穿越频率定在0.1，即159rad/s,设电压补偿函数为如下形式：
要求。在这里取rad/s，那么可以求得rad/s，同样要求。
求得。得到电压环补偿函数为。
考虑加入电压环和电流环后同时作用，得到总体补偿函数为：
最终经校正后整个系统的波特图特性如下图7所示。
图7 电压电流双环校正后系统波特图。
从图中读取系统穿越频率在1khz附近，满足，相角裕度为50满足系统要求，有计算分析得到的系统补偿传递函数进行时域系统的分析。
2.3 校正后系统时域性能分析与测试。
在前述的系统频域分析基础上进行电气系统的搭建及**，对其**波形进行以下分析，包括输出电压的电源调整率、负载调整率、突加/减负载的动态波动、回复时间。
首先搭建**电路，对单模块进行**分析，图8为在simiulink模块下的**电路及闭环控制电路。
1）buck变换器闭环电路结构。
2）电压电流双闭环控制电路内部。
图81） 启动调节时间与稳态电压纹波系数。
buck变换器调节时间反映了电路的响应速度，稳态电压的纹波系数表征了电路的调节作用和系统的跟踪性能。下图给出了buck变换器的启动和稳定时刻的波形。
由图9得出系统调节时间为0.15s，电压纹波系数为。
图9 buck变换器输出电压及纹波电压。
2） 电源调整率、负载调整率与突加负载电压波动。
电源调整率。
电源**器与输入电压变化是，提供其稳定输出电压的能力反映在电源调整率，系统在以一正常负载下工作，输入电压的变化引起的输出电压的偏差率，一般要求电源调整率不超过0.1%。
在对本电路测试时，设定输入电源电压分别从400v降至300v，再由300v逐渐升至600v，对输出电压进行测试，求取电源调整率。
负载调整率。
电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减小，输出升高，性能较好的电源的负载变化率很小，通常指标为3%-5%。
对电路进行测试时先让电路工作在额定负载下，分别加载时负载电流为、状态下，输出电压波形如图10所示。
图10 负载调整率。
从图中可以读取，负载从额定电流加载到二倍电流后又加载到四倍额定电流，输出电压分别为200.1v、198.3v，从而求得：
此外在突加负载时有一个电压跌落，通常最大突加负载为100%，因此，只参考上图在0.3s出的电压跌落，在0.7s处的四倍加载是不允许的，可以求得输出电压变化率为：
满足指标要求，恢复时间大约为0.25s。
3、buck变换器的并联运行及时域性能。
3.1 buck变换器并联运行的时域性能。
本部分可以参考单模块运行的性能指标，这里不再赘述。
4、结论。本文采用**分析和频域设计结合的方法，对buck变换器的单模块运行和并联运行进行控制电路设计，最终在时域范围内达到了预期的性能指标。buck变换器结构简单，实现较为容易，但是如果在均流环参数设计不合理也会导致系统的不稳定乃至损坏模块，在本文最基本的buck变换器的基础上，可以对其他拓扑形式的变换器进行均流设计和并联运行，需做进一步研究分析。
自动化学院。
电力电子系统建模与控制。
小**）学号：s315040030
专业：电气工程。
学生姓名：牛海超。
任课教师：游江副教授。
2023年10月。
工厂供电 大作业 大作业
某机械厂为三班工作制。本厂通过一条长8km的lj 95型叫架空线从地区变电所获得电源，电压为10kv。本厂东南方向6km处还有一条10kv电缆线路可供使用。低压侧有一220 380v低压联络线可供使用。本地区冬天北风，夏天南风，年平均气温 室内28 室外30 安装时环境温度按30 考虑，本厂有部分二...
Buck变换器工作原理介绍
buck变换器又称为降压变换器，串联稳压开关电源和三端开关型降压稳压电源。其基本的原理结构图如图2.2所示。图2.2 buck变换器的基本原理图。由上图可知，buck变换器主要包括 开关元件m1，二极管d1，电感l1，电容c1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成 采样网络，误差放大器 error...
大作业1 线性规划大作业
大作业1 线性规划问题大作业要求。分组要求 自拟题目，分组撰写，原则上5 6人一组，在 内标明任务分工。内容要求 一 编写线性规划实际问题案例。二 分析案例背景及用线性规划模型解决实际问题的必要性。三 建立线性规划模型。四 简述你所运用的线性规划模型方法的算法步骤。五 用excel软件求解该实际问题...