dcdc电路闭环控制的应用研究【字数：9214】
摘 要现在各类电子设备已经在社会中有着举足轻重的地位，这些负载对供电提出了更高的要求，也带动了对开关电源的进一步研究。本文主要研究的是开关电源中的Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器。本文利用升压、降压、升降压斩波电路作为主电路，将不可调直流电压转换为一可调稳定的直流电压。控制回路利用PI比较器实现闭环控制，给定值和反馈值相减得到误差，经过PI比较器得到控制量，和锯齿波比较，当PI输出大于三角波时就可以得到对应占空比的PWM波。经过实验测试PI比较器可以很好对被控对象进行控制，通过闭环控制系统可以减小产生的偏差，使系统具有更高精确度。
目 录
1 绪论 1
2 DCDC主回路 1
2.1 开关电源主回路分类 1
2.2 降压直流斩波电路 1
2.2.1 电路结构 1
2.2.2 工作特性分析 2
2.3 升压直流斩波电路 4
2.3.1 电路结构 4
2.3.2 工作原理及特性 4
2.4 升降压直流斩波电路 6
2.4.1 电路结构 6
2.4.2 工作原理及特性 6
2.5 三种直流斩波电路比较 7
3 PWM控制 8
3.1 PWM基本原理及调速方法 8
3.2 电压模式控制PWM技术（单环） 8
3.3 模拟控制与数字控制 9
4 开环控制与PID控制 10
4.1 开环控制 10
4.2 闭环控制 10
4.3 PID控制 11
5 仿真测试 13
5.1 BUCK电路仿真测试 13
5.2 BOOST电路仿真测试 15
5.3 BUCKBOOST电路仿真测试 17
5.4开环控制电路仿真测试对比 20
6总结 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
现在各类电子设备已经在社会发展中有着举足轻重的地位，这些负载对供电提出了更高的要求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
，电力技术可以为负载提供能量，但是电力技术所产生的电能比较单一不能满足负载众多需求，电力电子学可以很好解决这些问题，电力电子学实际上利用率电力技术中产生的电能，利用电子技术中产生的电能变换的方式和控制技术从而对电能实现二次变换的技术，电力电子就为这些负载提供了高质量的电能。利用电力电子技术可以对电能进行高效变换，来满足各类电子设备的需求。本文主要研究的是开关电源中的Buck变换器、Boost变换器、BuckBoost变换器，这些变换器在日常生活也有广泛应用，Buck变换器主要用于工业设备、手提设备以及电动车，Boost变换器一种最典型的应用是用在光伏发电里面，光伏电池是直流的但是电压比较低，通过Boost变压器可以升压到较高电压供设备所使用。
传统DCDC转换器用的是模拟控制的方式，模拟控制的电路比较复杂，所用的元器件容易受外界影响，导致参数发生变化，对开关电源性能产生影响。数字控制技术越来越受到大家关注。数字控制中利用PID控制算法代替模拟电路，可以减少外界因素影响也更准确。本文主要研究的就是数字控制的DCDC电路。
2010年，随着一系列国家各种政策的实施和全球经济的稳定，中国电子信息产业迅速恢复发展势头。中国电力工业利用这一局面，其产值达到1127亿元，增长率超过10%。预计到20202030年，美国发电站生产的全部电能都将经变换和处理后再供负载使用。电力电子技术还是近年来受到各国关注的只能电网、能源互联网的关键技术之一。
DCDC转换器将不可调节的DC电压转换为可调节或稳定的DC电压。二十世纪九十年代，开关变换器开始逐渐运用各类电子设备，经过这些年的发展，DCDC变换器也从之前传统的模拟控制逐渐往数字控制发展，其性能要求也越来越高。
本课题所设计的是DCDC电路闭环控制，用PLECS仿真Buck电路、Boost电路、BuckBoost电路，研究带数字控制器实现的转换器。控制器模块使用可配置的子系统，该子系统可以在连续和离散比例积分控制方案之间切换。通过PI实现闭环控制，利用PI比较器得到控制量与锯齿波相比较得到PWM波。
2 DCDC主回路
2.1 开关电源主回路分类
带隔离的DCDC变流电路是指输入端与输出端电气隔离，与直流斩波电路相比，中间增加了交流环节，经由脉冲变压器传递能量。图21是带隔离的DCDC电流电路结构图。
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图21 带隔离的DCDC电流电路结构
在单端电路中，通过一只开关器件控制脉冲变压器的初级一端是否与电源接通。双端电路是通过两只以上开关器件控制脉冲变压器的初级两端是否与电源接通。
非隔离式开关电源主回路中没有交流环节，输入端与输出端电气相通，直接将一个不可调直流电压转换为另一可调或稳定的直流电压。本文主要介绍的是升压、降压、升降压斩波电路，其余DCDC电路本文不研究。
2.2 降压直流斩波电路
2.2.1 电路结构
该电路把一个高直流电压转化为低直流电压，其变换方式是通过对电路里面半导体器件进行控制。首先在在负载两端并联一个电容，电容两端电压是电流积分的效果。利用电容特性可以在电容容量足够大时等价于一个电压源。由于负载不断从电容上取能量，需要一个功率半导体器件不断补充能量。两个电压不一样的电压源，通过开关强行连接会产生较大冲击电流，所以在中间串联一个电感，，电感上电流是不会突变的利用电感可以控制电流流过的变化率。当能量足够时，开关管V就会关断，此时电感需要另外一条续流通路，否则电感两端会产生很高反压破坏电路。因此在负载端反向并联一个续流二极管。图22是降压斩波电路的主电路原理图。
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图22 降压斩波电路主电路原理图
目 录
1 绪论 1
2 DCDC主回路 1
2.1 开关电源主回路分类 1
2.2 降压直流斩波电路 1
2.2.1 电路结构 1
2.2.2 工作特性分析 2
2.3 升压直流斩波电路 4
2.3.1 电路结构 4
2.3.2 工作原理及特性 4
2.4 升降压直流斩波电路 6
2.4.1 电路结构 6
2.4.2 工作原理及特性 6
2.5 三种直流斩波电路比较 7
3 PWM控制 8
3.1 PWM基本原理及调速方法 8
3.2 电压模式控制PWM技术（单环） 8
3.3 模拟控制与数字控制 9
4 开环控制与PID控制 10
4.1 开环控制 10
4.2 闭环控制 10
4.3 PID控制 11
5 仿真测试 13
5.1 BUCK电路仿真测试 13
5.2 BOOST电路仿真测试 15
5.3 BUCKBOOST电路仿真测试 17
5.4开环控制电路仿真测试对比 20
6总结 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论
现在各类电子设备已经在社会发展中有着举足轻重的地位，这些负载对供电提出了更高的要求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
，电力技术可以为负载提供能量，但是电力技术所产生的电能比较单一不能满足负载众多需求，电力电子学可以很好解决这些问题，电力电子学实际上利用率电力技术中产生的电能，利用电子技术中产生的电能变换的方式和控制技术从而对电能实现二次变换的技术，电力电子就为这些负载提供了高质量的电能。利用电力电子技术可以对电能进行高效变换，来满足各类电子设备的需求。本文主要研究的是开关电源中的Buck变换器、Boost变换器、BuckBoost变换器，这些变换器在日常生活也有广泛应用，Buck变换器主要用于工业设备、手提设备以及电动车，Boost变换器一种最典型的应用是用在光伏发电里面，光伏电池是直流的但是电压比较低，通过Boost变压器可以升压到较高电压供设备所使用。
传统DCDC转换器用的是模拟控制的方式，模拟控制的电路比较复杂，所用的元器件容易受外界影响，导致参数发生变化，对开关电源性能产生影响。数字控制技术越来越受到大家关注。数字控制中利用PID控制算法代替模拟电路，可以减少外界因素影响也更准确。本文主要研究的就是数字控制的DCDC电路。
2010年，随着一系列国家各种政策的实施和全球经济的稳定，中国电子信息产业迅速恢复发展势头。中国电力工业利用这一局面，其产值达到1127亿元，增长率超过10%。预计到20202030年，美国发电站生产的全部电能都将经变换和处理后再供负载使用。电力电子技术还是近年来受到各国关注的只能电网、能源互联网的关键技术之一。
DCDC转换器将不可调节的DC电压转换为可调节或稳定的DC电压。二十世纪九十年代，开关变换器开始逐渐运用各类电子设备，经过这些年的发展，DCDC变换器也从之前传统的模拟控制逐渐往数字控制发展，其性能要求也越来越高。
本课题所设计的是DCDC电路闭环控制，用PLECS仿真Buck电路、Boost电路、BuckBoost电路，研究带数字控制器实现的转换器。控制器模块使用可配置的子系统，该子系统可以在连续和离散比例积分控制方案之间切换。通过PI实现闭环控制，利用PI比较器得到控制量与锯齿波相比较得到PWM波。
2 DCDC主回路
2.1 开关电源主回路分类
带隔离的DCDC变流电路是指输入端与输出端电气隔离，与直流斩波电路相比，中间增加了交流环节，经由脉冲变压器传递能量。图21是带隔离的DCDC电流电路结构图。
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图21 带隔离的DCDC电流电路结构
在单端电路中，通过一只开关器件控制脉冲变压器的初级一端是否与电源接通。双端电路是通过两只以上开关器件控制脉冲变压器的初级两端是否与电源接通。
非隔离式开关电源主回路中没有交流环节，输入端与输出端电气相通，直接将一个不可调直流电压转换为另一可调或稳定的直流电压。本文主要介绍的是升压、降压、升降压斩波电路，其余DCDC电路本文不研究。
2.2 降压直流斩波电路
2.2.1 电路结构
该电路把一个高直流电压转化为低直流电压，其变换方式是通过对电路里面半导体器件进行控制。首先在在负载两端并联一个电容，电容两端电压是电流积分的效果。利用电容特性可以在电容容量足够大时等价于一个电压源。由于负载不断从电容上取能量，需要一个功率半导体器件不断补充能量。两个电压不一样的电压源，通过开关强行连接会产生较大冲击电流，所以在中间串联一个电感，，电感上电流是不会突变的利用电感可以控制电流流过的变化率。当能量足够时，开关管V就会关断，此时电感需要另外一条续流通路，否则电感两端会产生很高反压破坏电路。因此在负载端反向并联一个续流二极管。图22是降压斩波电路的主电路原理图。
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图22 降压斩波电路主电路原理图
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