摘 要

太阳能电池，超级电容等直流电源在为负载提供电能时，受到直流电源电压波动和电路元件损耗影响，所提供的负载电压经常出现异常波动，某些负载要求严格的恒定电源提供电能，电压波动的电源会导致系统在额定功率范围外工作，效率降低，元器件有损坏的风险，无法满足生产需求。

本为核心是基于解决直流线性电源直接供电端电压无法保持恒定的问题，引入闭环控制以稳定输出电压。考虑buck boost直流变换器的小信号模型下RHP零点将对系统稳定性产生干扰，本文通过求出小信号模型，得到开环传递函数；接着为保证系统稳定，增加快速性和消除稳态误差，引入PI控制，利用MATLAB求得校正函数。仿真结果表明，输出电压能在升压和降压两种工作状态中，在负载扰动和输入扰动条件下保持恒定，电源动态性能满足设计要求，能量输出效率高。

关键词：变换器 PI控制 小信号模型 RHP零点 校正

Abstract

When dc power sources such as solar cells and super-capacitors provide power for the load, they are affected by the voltage fluctuation of DC power supply and circuit component loss, and the provided load voltage often shows abnormal fluctuations. Some loads require strict constant power supply to provide electric energy, the voltage fluctuation of the power supply will cause the system to work outside the rated power range, efficiency reduction, components have the risk of damage, unable to meet the production demand.

The core of this paper is to introduce closed-loop control to stabilize the output voltage  based on solving the problem that direct supply terminal voltage of dc linear power supply  cannot be kept constant. Considering that RHP zero will interfere with system stability under the small signal model of Buck Boost DC converter, this paper obtains the open-loop transfer function by solving the small signal model. Then, in order to ensure the stability of the system, increase the speediness and eliminate the steady-state error, PI control was introduced and MATLAB was used to obtain the correction function. The simulation results show that the output voltage can be kept constant under load disturbance and input disturbance, the dynamic performance of  the power supply can meet the design requirements, and the energy output efficiency is high.

Key words: converter  PI control  small signal model  RHP zero correction

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2开关电源研究现状分析 1

1.3 buck boost电路建模与控制策略 2

1.4本文对降压/升压斩波变换器的研究内容 3

第二章Buck/boost电路原理介绍与模型分析 5

2.1开关电源工作原理 5

2.2变换器电路原理 5

2.3电感电流连续时的工作原理及基本关系 6

2.3.1降压/升压斩波电路工作状态下的原理分析 6

2.3.2降压/升压斩波电路各元件间的参数关系 7

2.4小信号模型引言 10

2.5PID控制原理 10

2.6本章小结 12

第三章 小信号模型计算与仿真设计 13

3.1buck/boost电路小信号模型 13

3.2降压/升压斩波变换器主电路参数的设计 15

3.3辅助电路设计 15

3.3.1保护电路设计 15

3.3.2驱动电路设计 16

3.4校正函数的设计与稳定性分析 16

3.5基于MATLAB simulink的电路仿真 19

3.5.1升压模式仿真 19

3.5.2降压模式仿真 21

3.6本章小结 23

第四章 总结与展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1课题研究背景

电能的广泛应用构成了现代科技生活的基础，电能成为了人类利用大自然各种能量的中间转换媒介。我们所熟知的太阳能，化学能，风能，核能等等各类新型清洁能源，最终都要经过转换为电能这一过程，然后才接入终端，用于家庭电器，工厂生产，农业生产。针对不同的用电器的不同电压等级的实际需求，需要做出符合用电设备的应用电源，以满足生产生活的需要。开关电源由于其输出电压可调，自身效率高等优势，基于开关器件建立形成的各种拓扑结构在电力电子技术领域有着广泛应用，其需求成为电力电子领域的拓扑结构和器件材料发展有力推手。

Buck booster变换器作为一种经典的DC/DC拓扑结构，集合了buck变换器和boost变换器的特点，通过调节占空比，既能实现降压，也可以达到升压的目的。近年来，为建设资源节约环境美好型社会，新能源得到了来自许多国家和地区领导人的青睐和推崇，积极投资、研发和推广。诸如太阳能，新能源汽车等。电力储能技术成就的不断突破，使得电能的运用成本下降，将不断扩大电能应用领域，DC/DC变换器广泛应用于数据通讯设备，智能家居，工业仪表装置，国防军事安全，航空航天等领域，涉及国民经济运行的方方面面。按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750瓦以上、750瓦～1瓦和1瓦以下3大类。其中750瓦～1瓦应用更为广泛，这是由于20世纪90年代后，信息技术革命的爆发式增长，大量电子设备均以直流电源为动力源，这一功率范围囊括了大部分的设备，因此产生的大量需求，相关技术也取得了快速发展。由于微处理器的高速化，低功耗为长远的发展趋势，DC/DC变换器针对中等功率的控制研究是发展带来的必然趋势，同时，现代社会人们更加关注身体素质，各类服务性医疗设备的研发也随之发展，DC/DC变换器也必将有更广阔的发展空间。

1.2开关电源研究现状分析