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前言

本文章是电力电子技术中DCDC变化器中的BUCK，主要采用PSIM仿真，适用于需要设计此变换器的课设同学。

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一、设计指标及要求

BUCK变换器有关指标为:
　　输入电压:标称直流48V,范围: 43V~53V
　　输出电压:直流25V, 4A
　　输出电压纹波: 100mV
　　电流纹波: 0.25A
　　开关频率: 250kHz
　　相位裕量: 60°
　　幅值裕量: 10dB
设计要求:
1)计算主回路的电感和电容值
2)开关器件选用MOSFET,计算其电压和电流定额
3)设计控制器结构和参数
4)画出整个电路,给出仿真结果、分析和结论

二、主回路电容电感值

电感值计算：

电容值计算：

实际中，考虑到能量存贮以及输入和负载变化的影响，C的取值一般要大于该计算值。故取120uF,此外Resr=50毫欧.

三、开关器件选取

额定电压：直流电源的输入电压为43-53V，故其漏源最大电压，在选取20%-30%裕量，这里取20%裕量，故其Un=63.6

额定电流：其尖峰电流Imax=4.25A，选取20%裕量，In=5.1A

四、控制器结构和参数

1、主电路的开环传递函数：

将代入得到：
用PSIM仿真得到波特图

可根据三频段法可知在低、中、高频段都不满足我们要求。

若锯齿波的幅值取1V，，则得R1=4000欧，Rbias=1000欧，故Gpwm=1,H(s)=1/5，在不考虑调节器的情况下，原始得回路增益T0=Gvd(s)GpwmH(s),波特图与Gvd得波特图类似，其幅频特性曲线向下平移，分析类似，依旧不满足要求，故引入调节器。

2、补偿环节Gc(s)采用类型3——PID调节器

(1)确定相位裕量：取60°
(2)确定剪切频率fc：PID最大增益为180°，故总有90°的相位裕量。故无论fc取多少，其相位裕量总大于60°，fc越大，其系统响应速度越快，但fc太大，其开关频率过高，产生开关损耗大等缺点。故需要折中考虑。这里取fc=10KHZ.
(3)确定Gb：开环函数在fc处的增益为13.5892db=4.78064.
(4)计算K： 根据此表达式利用matlab即可计算出K=13.557.

(5)确定零极点：

(6)确定参数：
采用matlab解方程即可得到五个参数

3、PSIM仿真

电压稳定的时间大约在1ms，其电压值稳定在25V，峰值电压为33.86V，

稳定后的电压纹波1.1262mV。

稳定后电流纹波1.8082mA。

4、阶跃实验结果

从满载——半载——满载



从满载到半载，电压略微变大，稳定时间大约在0.4ms
从半载到满载，电压略微变小，稳定时间大约在0.4ms

五、电路改进

由前文可知，其超调为35.44%，在实际中的器件一般无法承受，故不实用，这里采用软起动方法，其原理是让参考电压从零开始缓慢增加。


其超调几乎没有。

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总结

总的来说，设计BUCK闭环调节器，用到的技能还是非常多的，如果能够自己做一遍，收获还是蛮大的，当然博主的能力有限，如果有错误请大家在评论区指出，欢迎大家积极讨论！
如果有需要，可以下载PSIM的仿真电路。https://download.csdn.net/download/qq_40890957/13194096