【正文】 ππ(d/ 2IN 222Lf ????? （ 36） 取 26N? 根。 ⑦ 核算窗口面積。當(dāng)用 26 根由線徑為 的漆包線來繞制時，其總的 面積為： 22Lf ????? （ 37） 取填充系數(shù) ? ，則需要磁芯的窗口面積為： 2uLfCW SA ??? （ 38） 手冊表明， FEER42 的窗口面積為 2CW mmA ? ，遠遠超過所需窗口面積，因此可以繞下。 ⑧ 從前面的分析中可 知，用 FEER42 磁芯來繞制輸出濾波電感是合理的。 綜上，由于 FEER42 較常用，一般都選用該種磁芯；同時工作磁密遠遠小于飽和磁密，其鐵損非常小。 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 濾波電容 Cf （ 1） 濾波電容量 Cf 計算 在開關(guān)變換器中，濾波電容通常是根據(jù)輸出電壓的紋波要求來選取。該 Buck變換器的輸出電壓紋波要求 Vout(pp)25mv。 若設(shè) 0Δio? ，即全部的電感電流變化量等于電容電流的變化量，電容在T/2)/2T(T of fon ?? 時間間隔內(nèi)充放電，電容充電的平均電流： D)(14L TU4Δi4ΔiΔI foLcc ???? （ 39） 電容峰峰值紋波電壓為： D)(1fC8L UdtΔIC 1ΔU 2sffoT / 20 cfc??? ? （ 310） 因此，得： c2sfof ΔUf8L D)(1UC ?? （ 311） 取 2 5 m vVΔU p)o u t( pc ?? ， D= 時， Cf 的值最大。即： F 5 μ25m v200KH z )360 μ68 )(124VC 2f ( m ax ) ???? ??? ( （ 312） 由 Cf≥ Cf(max)得，取 Cf=10uF。 （ 2）濾波電容的耐壓值 輸出濾波電容的耐壓值決定于輸出電壓的最大值，一般比輸出電壓的最大值高一些，但不必高太多，以降低成本。由于最大輸出電壓為 24V，則電容的耐壓值為 24V。 （ 3）濾波電容的選取 由輸出濾波電容的電容量 Cf=，耐壓值為 24V，留有一定的裕量，則選取 10uF/50V電容。 開關(guān)管 Q 該電路的輸入電壓是 30V~60V，則開關(guān)管耐壓值為 60V，電流的最大值為 2 .2 A2 0 % ) / 2( 2 A2AΔi /2II oQp ?????? （ 313） 其開關(guān)頻率為 200KHzf ? ，因此選用的 MOSFET 管 MTD6N15T4G，其額定值為 150V/6A 。 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 續(xù)流二極管 D 續(xù)流二極管所承 受的最大反向電壓為 Vin=60V；在 2AIo? 時，二極管電流的有效值為 oD ?????? （ 314） 續(xù)流二極管的工作頻率為 f=200KHz?？紤]一定的裕量，選用肖特基二極管SR1501，其電壓和電流額定值為： 120V/2A。 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第四章 Buck 變換器雙 閉環(huán)控制 電路雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 整個系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖 。 圖 系統(tǒng)總控制框圖 圖中 Gv、 Gi 網(wǎng)絡(luò)傳函需根據(jù)各環(huán)傳函的特性設(shè)計相應(yīng)的零極點以及增益值，使系統(tǒng)傳函達到我們的目標(biāo)函數(shù)。 下面對電路進行分析，從電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計到電壓外環(huán)的設(shè)計。 電流內(nèi)環(huán)設(shè)計 先不考慮電壓環(huán)，則電流內(nèi)環(huán)框圖如下圖 。 圖 電流內(nèi)環(huán)控制框圖 未加入補償網(wǎng)絡(luò) Gi 校正時，電路的開環(huán)傳函為 sLKP WM(s)Gio ? （ 41） 其中 20VVK P W M pin ??，畫出其幅頻特性與相頻特性曲線圖，如圖 . iL* iL + KPWM Gi 1/SL UD iL* + Gv Uo* + iL 1/R Uo KPWM Gi (1/SC)//Rc + 1/SL + 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 020406080100S y s t e m : s y sF r e q u e n c y ( r a d / s e c ) : 7 . 9 5 e + 0 0 4M a g n it u d e ( d B ) : 0 . 0 5 7 5Magnitude (dB)100101102103104105106 9 1 9 0 . 5 9 0 8 9 . 5 8 9Phase (deg)B o d e D ia g r a mF r e q u e n c y ( r a d / s e c ) 圖 未加補償時系統(tǒng)傳函伯德圖 由分析可知，積分環(huán)節(jié)的幅頻特性為一斜率為 20dB 的曲線圖，含一零極點。相頻特性為 90 度平行線。為了使電流環(huán)能迅速跟蹤基值變化，加入補償網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計將之前的積 分環(huán)節(jié)變成如下特性曲線。 曲 線 1曲 線 2M a g n i t u d e（ d B ） 2 0 d B 4 0 d B 2 0 d B 4 0 d BABW c i 圖 計劃加入補償后的伯德圖 圖中，含 A、 B 兩轉(zhuǎn)折點，設(shè)定 A 處角頻率 62800r ad/ s2 ππ101w101wssA ??? （ 42） s100000r ad/2 ππ2 π1w2 π1wssci ??? （ 43） 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 B 處角頻率 sr a d / 6280002 ππww ssB ??? （ 44） 根據(jù)這些條件，我們可以推出所加補償網(wǎng)絡(luò)的傳函 1)wss(1wskGBAii??? （ 45） 加入了補償環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的開環(huán)傳函為 1)w s(s1w sLkK P W M(s )G(s )G(s )39。GB2Aiiioio?????? （ 46） 由 1)(jw39。G ciio ? 可解得 6i ?? ，代入各數(shù)值，畫出此時電路的幅頻特性以及相頻特性圖，如圖 。 5 0050100150Magnitude (dB)103104105106107 1 8 0 1 5 0 1 2 0Phase (deg)B o d e D ia g r a mG m = In f d B ( a t 0 r a d / s e c ) , P m = 2 8 . 3 d e g ( a t 1 . 0 1 e + 0 0 6 r a d / s e c )F r e q u e n c y ( r a d / s e c ) 圖 校正后系統(tǒng)傳函伯德圖 電壓外環(huán)設(shè)計 電壓環(huán)控制框圖如下。 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 電壓環(huán)控制框圖 設(shè)計電壓環(huán)時，我們也希望將其開環(huán)特性設(shè)計成如下曲線。 曲 線 2M a g n i t u d e（ d B ） 4 0 d B 2 0 d B 4 0 d BABW c i曲 線 3 4 0 d B 2 0 d B 4 0 d BCDW c i 圖 計劃所要設(shè) 計的電壓環(huán)（曲線 3） 上圖中，曲線 3 為我們設(shè)計所要達到的電壓環(huán)特性曲線，盡量做到 D 點所對應(yīng)的頻率小于 A 點所對應(yīng)的頻率。為在設(shè)計電壓環(huán)之前，先看一個問題，由之前的電流開環(huán)可求出電流閉環(huán)傳函， (s )G1 (s )G(s )39。G ioioi ?? （ 47） 其伯德圖如下， iL* + Gv Uo* iL Uo G’i(S) (1/SC)//Rc 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 8 0 6 0 4 0 2 0020Magnitude (dB)104105106107108 1 8 0 1 3 5 9 0 4 50Phase (deg)B o d e D ia g r a mG m = In f d B ( a t In f r a d / s e c ) , P m = 4 2 . 3 d e g ( a t 1 . 4 3 e + 0 0 6 r a d / s e c )F r e q u e n c y ( r a d / s e c ) 圖 電流閉環(huán)傳函伯德圖 實際上在 B 點之前，對于電壓環(huán)而言，電流環(huán)等效于增益為 相角為 0的環(huán)節(jié)，這樣，在設(shè)計電壓環(huán)時，便可對電流閉環(huán)作一簡化，將其等效為一比例環(huán)節(jié)，增益為 1。 電壓環(huán)未加入補償時，電路開路傳函為 1s CR 1)R(s CR1)Rs C(R 1)R(s CR)RsC1/ / (RG 0 0ss0 0ss0vo ????? ???? （ 48） 該傳函頻率特性曲線如下圖， 天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 4 0 2 002040Magnitude (dB)101102103104105106107108 9 0 4 50Phase (deg)B o d e D i a g r a mF r e q u e n c y ( r a d / s e c ) 圖 未加補償網(wǎng)絡(luò)時電壓開環(huán)傳函伯德圖 圖 中，幅頻特性中包含一個極點， 370r ad/ s103090 1RC1w6z1 ????? ? （ 49） 包含一個零點， r ad / 1CR 1w 66sp1 ?????? ? （ 410） 根據(jù)圖 中的曲線 3 以及 中的幅頻特性曲線，可推測補償網(wǎng)絡(luò)傳函形式： 1)ws1)(ws(s1)ws1)(ws(kGp3p22z3z2vv????? （ 411） 零點 32 zz ww、 由 1zw 大致確定， 32 pp ww、 受到 Aw 限制。具體參數(shù)需要通過Simulink 仿真，觀察輸出電壓和電感電流波形找到滿足電路輸出要求的參數(shù)。在天津大學(xué)仁愛學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 這里，取 1 2 0 0 r a d / sw1 0 0 0 r a d / s ,w z3z2 ?? ， 6 5 0 0 0 r a d /sww p3p2 ?? ， 6v ?? 。作出該補償網(wǎng)絡(luò)的幅頻與相頻特性曲線圖。 5 0050100