摘 要

近年来，随着电子行业的兴起，电源作为电子产品的重要组成部分，在我们日常生活中发挥愈加重要作用。随着电力电子技术的发展,电源技术应运而生，其中DC/DC变换器作为电源管理中新贵，在通讯、工业控制、仪器仪表设备、汽车电子、军事乃至航天船舶等领域都随处可见其身影。它相比传统线性电源结构简单、重量轻、成本低、便于控制和分析，了解其原理，改善其控制方式在电力电子技术领域和控制领域中都具有重要理论价值，对指导电源管理发展也具有实际意义。因此DC/DC变换器一直是研究的热点，而这也正是本次设计Buck DC/DC变换器的目的。

本次设计分析同步整流技术并比较多种闭环控制方式，最终采用以电感电流内环电压外环的双闭环控制同步Buck作为DC/DC变换器的主体，以提高输出的静态性能和动态性能，并用基于极点配置的方法设计电路参数进行优化设计。

在随后MATLAB仿真中通过测试其静态性能和动态性能，印证了本次设计的Buck DC/DC变换器能有效降低整体损耗，并使输出电压具有良好抗干扰性能。接着简要介绍硬件设计和软件设计，验证突加突减负载时实际输出电压波形和装置效率，验证设计满足要求。

关键词：电源 DC/DC变换器 同步整流技术 基于极点配置 MATLAB

ABSTRACT

In recent years, with the development of the electronic industry, the power supply as an important part of electronic products plays an increasingly important role in our daily life. With the development of power electronic technology, power technology arises at the historic moment, the DC/DC converter as a priority in the power management, in communications, industrial control, instrumentation equipment, automotive electronics, military and aerospace are ubiquitous in such fields as the figure of the ship. It compared with the traditional linear power supply has simple structure, light weight, low cost, easy to control and analysis, understand the principle, to improve its control mode in the field of power electronics technology and control have important theoretical value, also has a practical significance to guide the power management development. So the DC/DC converter has always been the focus of research.And this is the purpose of the Buck DC/DC converter.

The design analysis of synchronous rectification technology and compares a variety of closed loop control mode, finally based on the inner ring inductance current double closed loop control of voltage loop synchronous Buck as the main body of the DC/DC converter, in order to improve the output performance of static and dynamic performance, and the method based on pole assignment design circuit parameters optimization design.

In the MATLAB simulation followed by testing its static performance and dynamic performance, and confirms the design of Buck DC/DC converter can effectively reduce the overall loss, improve the efficiency of the device, and make the output voltage has a good anti-jamming performance, voltage ripple also comply with the design requirements.

Keywords:The power supply The DC/DC converter Synchronous rectifier technology Pole based configuration MATLAB

目录

摘要 I

ABSTRACT I

目录 II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 DC/DC变换器 1

1.3国内外开关电源研究现状 3

1.4研究目的及意义 3

1.5 研究主要内容 4

第二章 Buck电路拓扑结构及其基本工作原理 5

2.1 Buck DC/DC变换器拓扑结构 5

2.2 Buck电路基本工作原理 6

2.3 同步整流技术 7

2.3.1 异步Buck 7

2.3.2 同步Buck 8

2.3.3 效率分析 9

2.4本章小结 9

第三章 Buck电路参数设计 10

3.1 电感值的设计 10

3.2 电容值的设计 11

3.3 MOSFET的选择 12

3.4 本章小结 13

第四章 控制电路设计 14

4.1 Buck型DC/DC变换器工作模式 14

4.1.1脉冲频率调制（PFM） 14

4.1.2脉冲宽度调制（PWM） 14

4.1.3 PWM/PFM混合控制 15

4.2 PWM控制模式选取 15

4.2.1电压型控制模式 15

4.2.2电流型控制模式 15

4.3控制系统 16

4.4 本章小结 18

第五章 PID控制器设计 19

5.1 PID控制器 19

5.2 基于极点配置的双闭环控制器设计 20

5. 3传递函数分析 22

5.4 本章小结 25

第六章 MATLAB仿真 26

6.1 仿真模型介绍 26

6.2 仿真结果 27

6.2.1输出电压随输入电压波动测试 27

6.2.2不同负载下输出电压测试 28

6.2.3突减负载时动态响应 29

6.2.4突加负载时动态响应 30

6.2.5输入串联正弦波抗干扰测试 31

6.3 本章小结 32

第七章 实验设计 33

7.1硬件电路设计 33

7.1.1 控制芯片介绍 33

7.1.2 电压电流检测电路设计 35

7.1.3 保护电路设计 36

7.1.4 驱动电路设计 38

7.2软件设计设计 39

7.2.1主循环程序设计 39

7.2.2中断程序设计 40

7.3 实验结果 41

7.3.1突增负载下输出电压波形 41

7.3.2 突减负载下输出电压波形 41

7.3.3不同输入电压和负载下效率测定 42

7.4 结论 42

7.5本章小结 42

全文总结 43

参考文献 44

致谢 45

第一章 绪论

1.1引言

从用电以来电源始终是我们不可或缺的重要产业，我们生活的各方面离不开电源的支持。电源技术因此应运而生。其糅杂综合功率变换技术、自动控制、现代电子技术等多种边缘学科技术而产生，交叉应用，随时代前进电源技术也在不断发展乃至变革。从最开始的发电机组到半导体功率器件的应用，再到现今的开关电源，电源发展过程日新月异。

当然，这一切离不开电子行业的发展与兴起，来自通讯领域的追捧和消费电子产品市场的日益壮大，特别是便携式电子产品诸如手机、media player系列、数码相机的快速普及。而电源作为其重要组成部分——这些设备基本由电源管理芯片控制开关电源实现供电，其质量直接影响电子设备性能的好坏。随着放电的进行，电池电压会逐渐降低，电池内阻逐渐增大，这既不利于系统超长待机的实现，又不利于系统长时间高性能地工作。为了延长仪器设备使用寿命并使其工作于稳定的直流电压值下，我们需要体积更小、效率更高的DC/DC变换器。

1.2 DC/DC变换器

目前实现DC/DC变换器的电源主要有线性电源和开关电源两大类。

图1.1 线性电源基本原理图