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1、BUCK-BOOST转换器仿真分析摘要：本课咫利用电卷电压平均近似和电容电淹平均近似的方法.建立连城馍式(OCX)下电JK限制型BICKHtHKTpJ12DC,DC转换法的统性犊型，大观力戟性向殴性模型的状化，得到由眼制到输出的传递函数；在此根底上利用WotIab工具时不RJ补卷M路的领域特性遥帔伪并对仿女结果遇暇分析，关爱词：BUCK/IK)OsT：DcDC转换器；MN1.AB伤典：珈域特科BUCK-BOOSTCONVERTERSIMU1.ATIONANA1.YSISAbxlract:IhiaprojectujscxtheinductorvItagcnndcnpncitorcurrentav
2、eragenpproxinatraverigcHpproxifwtionethod.buildacontinuousmade(CCM).undervoltog-controlledWjCK/BOOSTstructureDC/DCconverterlinearnodeI.toachievenon-linearXransfornationtothelinearIlOdelobtainedIYaIhecontroltooutputtransferfundion：onthebasisofM(IPermIionfortheuseofMitlabtlxfordifferentDrtwrorkxfreque
3、ncydBOOST;DC/DCsnvcrtcr;MAT1.ARsimulation;frcqcncjdomain中国分类号：TM7I2文Irt标识：B文章编号：O引言开关电源转换潞是现代电跖理论的原要探讨对象，作为一种非线性系统，BeCK/BOOST构造DC/DC转换涔的限制方式主要有电压和电流限制两种.利用MAT1.AB的SiBUIink环境，搭建连续模式（CUD卜电压限制型BICK/BOOST构造DC/DC转换零的仿真电路,建立其线性模型.得到由Ri制到输出的传递函数,而系统进展补偿，使系统的稳定性到达Ai优。并进展仿口分析，调整电路构造、元件参数和仿真参数.以期得到志向效果.1 BUCK
4、-BOOST转换器的原理和典型电路1.1 主要技术指标开关切率，=100kH7功率100W幼入电压Ud=200V始出电压150V电阻50输出电流为3AIrjy3-XIOC=-=1=8.571x10尸AaI5OI%一般来说，按允许纹:波电流计算出的输出涯波电容器的容量大约是按触波电压计算出的容度的7倍多,我们取10倍的C,以满意性能的要求.1.3BUCk-BoOSt变换器的线性模型1.31.wn=IO.4IOsW图(2-1)BUCk-BoOSt变换涔的电路图按电雪电流连续选取电感V(Z)2la1-1：(1-2)由方程(1-1)和(1-2)可得V211r15O(-IO-s)22：8x0sA/23l
5、()5按输出电流的峰峰值选取电感在阶段1，即肛I,开关在位议1时,电感两端的电压为Vjr)=Z.华=匕(2-1)通过电容的电流为M，)=c皿=-幽CdtR(2-2)在阶段2.即“+附+覃,开关在位置2200XaXIor70.30.29/所以我们选择1.Aa=-i.di=-DT由公式rCJo-C时，电憎两相的电压为at(2-3)通过电容的电波为M=C平=TT(ItK(2-4)电感电压在一个开关周期的平均俏为1.*VdrK。(丽d1.dt=WSiJ:Wrwrl(2-5)假如输入电压匕连续，而且在一个开关周期中改变很小,于是匕在“+附I区间的值可以近似用开关周期的平均值r表示.类似的，由于输出电压)
6、连续，另外Vo)在一个开关周期中改变很小,于是B)在“+附+G区间可以近似用开关周期的平均值V)表示，这样，得：Jlr,lzC=-dS,-dl-R(2-11)III(2-8).(2-11),在加上输入I匕关周期平均值方程，我们可以籽到Buck-Boost变换器的状态空间变址开关尚期平均值的方程=d(t)r+(r)=-(I)r-t=d(t)(2-12),11+r(-d)T11下面用扰动法求解小信号动态模型,我们在=d(t)+d(t)vr(2-6)式中K)=4(。.依据电感特性方程羟过开关周期平均算于作用后形式不变性原理d1.-=r,(2-7)把方程(2-7)代入(2-6)得到：d1.=d()+J
7、(r)箱入电压丁，和占空比在直流J1.作点旁边作微小扰动，IW：=K+,H)d(t)=D+(1(1)于是引起Buck-Boost变换盘电路中个状态量和输入电流境的微小扰动，即：r=/+*(/)7=V+Wr)r.=x+()(2-13)将方程(2-13)分别代入变换器的状态空间(2-8J变质开关周期平均值的方程，我们可以得到:参考电感电压开关周期平均值的求法,可以r褥到电容电流开关周期平均值1.-,l-=D+d(t)Vt+吃+|。-屈川V+我川Zr小z=J(O1-r1.+JOX-,-14)(2-9)由电容特性方程C型=”(邮+沁)卜七姐(itRd(2-15)C出+(0=io+t/+/(/)其中d(
8、r)=O_2(r),D-D,整理方程(2-14),(2-15).(2-16)并略去二阶项，我们UJ以得到Buck-Boost变换零线性化小信号沟通模型为：A誓=。门0+on+(-v)(2-171C幽2=+Id(I)(ItR(2-18)(r)=D(r)+j(/)(2-19)图(2-4)依据蛾维谢定埋，电流源与电感并联可等效为电压源与电感串岷，如图(25)所示,符电流源移至上D变压器的一偏.并对刚移至1：。变压器次侧的电波源作前而类似的变换.如图(2-6)所示,1.3.3统一电JMifi依据方程(2-17),(2-18)和(2-19)我们可以封出Buck-Boost变换器小信号沟通模型：图(2-2
9、)BUCk-BOoSt变换器小信号泡通等效模型现在我们通过变换Buck-Boost变换器小信号等效模型来得到它的统一电路模型.将电压源移至1：。变压器的次侧，将电流源移至D：I变压器的一次(W,得到图(2-3)图(2-6)将两个变压器中间的电压源移至1：D变压器的左边，电感移至0：1变压器的右边.再将两个变压器组合成一个变压器，如图(2-7),图(2-7)这里等效低速沌波器的传递函数为:切开电流源的接地端，连接至A,然后在A点与比之间安装同样的电流源,由于各节点的方程式一样，因此电路等效，如图(2-4)所示D，Z为有效电蛤。IE5-00三e(三)=-定义电压源的系数。.式中，I为电感电流内流平
10、均值.依据Buck-Boost电路直流关系V-I-D)/=-RN5一149IO-7r+5.8x10+0.18(3-2)1-5补偿网络的设计少,消去上式中的,得1.)=一急)通过以上的推导我们就可以得到BUCk-BooSt变换涔的统,模型，如图128)所示，IHU：2-8BUCk-BOOSt交换器统电路模型反应分乐网洛的传递函数,as)为补偿网络的传递函数，-ERIIIBuck-Boost变换器构成的负反应限制系统如图(4-1)所示，其中GKS)为变换器的占空比“到吃的传递函数，GII(三)为PWM肱宽调制潞的传递函数，()表示1.4Buck-Boost变换器限制到输出的传递函数由统一电路模里我
11、们可以得到由限制到怆出的传递函数为.图(4-1)BUCk-BOOSt变换渊闭环系统令G(.s)=G(三)Gin(三)GH(三)那么特征方程式G(三)包含了全部闭环极点的GM(三)y.u=e(三)M(D)H.(三)E(I卫)D-D2K信息，因此可以通过分析G(三)”($)的特性全面把握系统的柩定性.波特图法就是基于G(三)”(三)幅频图和相频图探讨系统的:稔定性.对于BUCk-BOOSt变换器系统，其回路增益函数G(三)(三)为：M(D)TWv)1.Cs+5+1RG(三)H(三)=G(三)GnI(三)GKs)(三)=G(三)G,14-1)代入得:心-工)DDR1.Csi+-S+D1R(3-1)式
12、中卬S)=Gnl(三)GMf(三)H(三)为未加补偿把具体数据代入方程(3-1),可以得到限制到输出的传递函数为：网络G(三)时回路增益函数，称为原始回路增益函数.，。为PWM调制器中裾齿波的幅值.($)的传递函数为H(三)3=qV(三)凡+&(4-3)将上面的传递函数结合在一起,那么原始回路增益函数5为Q(三)1.GV(三)GW(三)(三)=Gn,（八）(4-4)令匕=25V,($)=0.5,并把方程(3-2)代入方程(4-4)代“空i-QJ三1郎1颂1灿川,5=丽祠用赢西诵二丽/77两而1(4-5)我们用Matlab来做系统不加补偿器的Bode1.如下：补偿网络的设计：我们选择源超IW-滞
13、后作为系统的补偿网络.补偿后回路函数的增益交越频率y；=5=1055=0.2l(yv(4-6)因为原始13跖函数G)彳两个相近的极点并且极点频率为：4,ai21(2Zc)136ZR：(4-7)乙R1+/?,/.我衿将补偿网络“八$)的两个点设定为原始回路函数G(三)两个相近的极点频率,即%=g5=684Z(4-8)因为原始仲】路函数有一个零点，我们令%=3=883HZ(4-9)原始【司路函数Gco在4的增益为Iqg4=o32m002ra0S25图(3-1)不加补信网络系统的Bode图从BOde图中,我们可以看出系统的相(4-11)位裕限为负假，增益裕质也不满意要求,一段要求系统的相位裕也在45左右，增益裕量在IOdB左右，因此须要参与补偿网络).来提而系统的性能.20111AV；=gG,gZt)
