基于PID控制方式的Buck建模与仿真

韩 强

（西安石油大学 电子工程学院，陕西 西安 710065）

0 引 言

Buck变换器是工程中常用的变换器，如半桥、全桥及正激等。Buck变换器的优点包括系统的输出电流纹波较小、适当调节变比以及适当降低电压等。但是Buck变换器也存在相应缺点，如输出电压的纹波大，抗干扰能力相对较弱[1]。基于此，需引入合适的控制器改善系统的功能。目前常见的控制器包括比例微分控制器（PD）、比例积分控制器（PI）及比例—积分—微分控制器（PID）三种类型[2]。比例微分可提供超前相位，但改善系统精度较差；比例积分可保持系统的精度，但会使相位滞后；比例—积分—微分可兼具二者优点。本设计采用PID控制方式。

1 10 A Buck变换器的建模

1.1 Buck变化器结构图

开关变换器的模型可以分为电压控制和电流控制两种模型。与电流控制相比，电压控制更简单，易于设计。本方案以电压控制进行设计。Buck变换器结构如图1所示。

图1 Buck变化器结构图

1.2 设计指标

输入直流电压为12 V，输出电压为5 V，输出电流为10 A，输出电压纹波为50 mV，开关频率为100 kHz。

1.3 Buck电路的参数分析

1.3.1 Buck滤波电容选择

对于Buck变换器，电容的选取与纹波电压紧密联系，其输出纹波电压和电容容量以及电容等效电阻相联系，具体为：

其中，Vrr表示输出纹波电压，IN表示输出电流。

因为C与RC乘积趋于常数，约为50～80 μΩF，本设计取75 μΩF，由式（1）RC=25 mΩ得C=3 000 μF。

1.3.2 Buck滤波电感选择

电感的选择主要取决于输出电流的大小。

根据开关管的通断列出公式，当开关管闭合时电压方程为公式（2）；开关管断开时电压方程为公式（3）：

其中，Ton表示开通时间；……