数字控制的BuckDC-DC变换器研究

论文摘要

为了在失电情况下继续维持智能终端设备短暂工作,研究了一种基于超级电容器储能和buck DC-DC变换器的自动化终端备用开关电源解决方案。论述了电路组成、下限工作电压选取和储能电容器容量设计方法。根据能量平衡关系,分析了负载突然增大和负载突然减轻情况下的最严重电压凹陷和电压骤升,并得出输出滤波电容容量的设计考虑。以一个具体的超级电容器储能FTU电源为例,详细说明了电路参数的设计方法,并进行了实验研究。实验结果表明所设计的超级电容器储能备用电源能够满足在失去正常供电电源后自动化终端待机、操作和通信的需要,并且所进行的理论分析与实际情况相符。为了改善buck DC-DC变换器的动态性能,提出了一种基于微处理器的电流跟踪数字控制方法,根据输出电流和输出电压的采样信息,计算出所需要的输出电流,并将电感电流控制在该输出电流的一个滞环宽度之内。详细分析了负载突变和启动过程中输出电压的动态响应,给出了参数选择和设计依据。在Simulink环境下以一个具体的Buck变换器为例进行仿真实验,获得仿真数据及仿真波形等仿真结果。最后以ARM—LPC2138作为控制平台,制作了一台电流跟踪数字控制的buck DC-DC变换器,并进行了实验研究。实验结果表明所提出的电流跟踪数字控制方法是可行性、所进行的理论分析是正确的,并且表明所提出的方法具有动态响应速度快的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.1.1 开关电源技术的产生
• 1.1.2 大电容技术
• 1.1.3 数字控制开关电源的重要性及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 DC-DC 变换器的发展现状
• 1.2.2 DC-DC 变换器控制方法的现状
• 1.2.3 DC-DC 变换器的发展方向
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 Buck DC-DC 变换器稳态分析
• 2.1 Buck 型变换器的基本结构
• 2.2 Buck 型变换器的工作原理
• 3 电容储能的自动化终端备用开关电源的设计
• 3.1 系统电路的组成及原理
• 3.2 电路的参数及元件设计
• 3.2.1 变换器的下限工作电压
• 3.2.2 工作储能电容器容量设计
• 3.2.3 输出电容器容量设计
• 3.2.4 其他参数的设计
• 3.2.5 变换器元件的选择
• 3.3 系统电路实验及结果分析
• 3.4 结论
• 4 电流跟踪数字控制的buck DC-DC 变换器设计
• 4.1 系统电路的理论设计
• 4.1.1 系统电路的基本组成
• 4.1.2 电路的基本控制原理
• 4.1.3 电路分析
• 4.1.4 参数选择和设计考虑
• 4.2 控制系统的设计
• 4.2.1 控制器电路原理图
• 4.2.2 处理器芯片的选择
• 4.2.2 电源电路
• 4.2.3 复位电路
• 4.2.4 系统时钟电路
• 4.2.5 JTAG 接口电路
• 4.2.6 串口接口电路
• 4.2.7 MOSFET 驱动电路设计
• 4.2.8 电流采样
• 4.3 系统电路的软件设计
• 4.3.1 ADS1.2 简介
• 4.3.2 ADC 信号采集的设计
• 4.4 系统电路的仿真
• 4.4.1 MATLAB/Simulink 的简介
• 4.4.2 主电路的仿真设计
• 4.4.3 仿真结果及其分析
• 4.5 系统电路的试验及结果分析
• 4.6 结论
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录