换器闭环控制系统的小信号等效模型如图所示。

图闭环控制系统的小信号等效模型其中，指的是环增益，代表反馈增益，代表与其比较的三角波的峰值，代表控制器增益，代表电路控制输入输出传递函如图图开环仿真电路图仿真结果如图所示，输出电压为，电压纹波为。

图开环输出波形对应的纹波如图所示图开环纹波波形闭环系统仿真闭环仿真电路图如图图闭环仿真电路图仿真结果如图所示，输出电压为，纹波为。

图闭环输出波形对应的纹波如图所示图闭环纹波波形通过对比可知，闭环系统的调节时间得到明显的减小，纹波有定的改善，超调量基本没有变化。

闭环的波形如图所示图闭环波形六设计总结本次电源设计在电路原理的基础上建立了小信号等效电路模型，并通过控制器的设计，以及使用对电路进行仿真，基本实现了预定目标，并有效地缩短了调节时间和纹波。

本次设计中采用的原理知识点是对现代电源设计课程所学知识的有效运用和巩固，对电路的了解进步加深，初步掌握了设计电源的基本方法和步骤，达到了学以致用的目的代入到的公式中可得根据参数设定电压为，选出，令则未经过补偿的环增益为，对应图如图所示，式可改写为其中，直流增益为图未补偿环增益的幅角特性未补偿环增益的穿越频率大约在处，其相角裕度为。

下面设计个补偿器，使得穿越频率为，相角裕度为。

从图中可以看出，未补偿环增益在处的幅值为。

为使处环增益等于，补偿器在处的增益应该为，除此之外，补偿器还应提高相角裕度。

由于未补偿环增益在处的相角在附近，因此，需要个超前补偿器来校正。

将，代入下式中，可计算出补偿器的零点频率和极点频率为为了使补偿器在处的增益为，低频段补偿器的增益定为因此，补偿器的形式为式，对应图为图图补偿器传递函数幅角特性此时，带补偿控制器的环增益变为补偿后的环增益图如图，可以看出穿越频率为，其所对应的相角裕度为。

因此，系统中的扰动变量在相角裕度的作用下，对系统没有影响或者说影响很小。

还可以得出，环增益的直流幅值为。

图补偿后的环增益幅角特性将补偿前后的图对比如图图补偿前后对比图五电路仿真开环系统仿真根据参数设定，，开关频率。

开环仿真电路图路，它的功能是将直流电变为另固定电压或可调电压的直流电，主要包括六种基本斩波电路电路，电路，电路，电路，电路，电路。

其中最基本的种电路就是电路。

因此，本文选用电路作为主电路进行电源设计，以达到熟悉开关电源基本原理，熟悉伏秒平衡安秒平衡小扰动近似等原理，熟练的运用开关电源直流变压器等效模型，熟悉开关电源的交流小信号模型及控制器设计原理的目的。

这些知识均是线代电源设计课程中所学核心知识点，通过本次设计，将有效巩固课堂所学知识，并加深理解。

二电路基本原理和设计指标电路基本原理变换器也称降压式变换器，是种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，主要用于电力电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

其基本结构如图所示图电路基本结构图在上图所示电路中，电感和电容组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使的直流分量可以通过，而抑制的谐波分量通过电容上输出电压就是的直流分量再附加微小纹波。

由于电路工作频率很高，个开关周期内电容充放电引起的纹波很小，相对于电容上输出的直流电压有。

电容上电压宏观上可以看作恒定。

电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小扰动近似电感值。

其开关导通与关断时对应的等效电路图如图所示图导通时等效电路图关断时等效电路开关处于位置时，对应的等效电路为图，此时电感电压为根据小扰动近似得同理，开关处于位置时，对应的等效电路为图，此时电感电压为根据小扰动近似得根据以上分析知，当开关器件位于位置时，电感的电压值为常数，当开关器件位于位置时，电感的电压值为常数。

故电路稳态电感电压波形为下图图电路稳态电感电压波形再根据电感上的伏秒平衡原理可得代入参数可得占空比。

根据电感公式知在电路导通时有对应关断时为根据式和，结合几何知识可推导出电流的峰峰值为其中是指扰动电流，即通常扰动电流值是满载时输出平均电流的，扰动电流的值要求尽可能的小。

在本次设计中选取。

根据式可以得出代入参数可得电感。

则可选取电感值为。

由于电容电压的扰动来自于电感电流的扰动，不能被忽略，因此在本电路中小扰动近似原理不再适用，否则输出电压扰动值为零，无法计算出滤波电容值。

而电容电压的变化与电容电流波形正半部分总电荷电量有关，根据电量公式可以得电容上的电量等于两个过零点间电流波形的积分电流等于电量的变化率，在改电路中，总电量去可以表示为将式代入式中可得输出电压峰值为再将式代入式中可得理。

个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变反之，如果个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。

这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡。

当开关管导通时，电感电流增加，电感储能而当开关管关断时，电感电流减小，电感释能。

假定电流增加量大于电流减小量，则个开关周期内电感上磁链增量为。

此增量将产生个平均感应电势。

此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致个周期内电感电流平均增量为零个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也样。

这种在稳态状况下个周期内电感电流平均增量磁链平均增量为零的现象称为电感伏秒平衡。

电路设计指标基于如上电路基本原理，设定如下指标输入电压输出电压输出功率开关频率电流扰动电压纹波根据上述参数可知三参数计算及交流小信号等效模型建立电路参数计算根据如图所示电路开关等效图可知图电路的开关等效图有两种工作状态，通过对开关管导通与关断时即开关处于时和时的电路进行分析可计算出电路的电路参数计算交流小信号等效模型建立四控制器设计五电路仿真开环系统仿真闭环系统仿真六设计总结摘要电路是电路中种重要的基本电路，具有体积小效率高的优点。

本次设计采用电路作为主电路进行开关电源设计，根据伏秒平衡安秒平衡小扰动近似等原理，通过交流小信号模型的建立和控制器的设计，成功地设计了电路开关电源，通过进行仿真达到了预设的参数要求，并有效地缩短了调节时间和纹波。

通过此次设计，对所学课程的有效复习与巩固，并初步掌握了开关电源的设计方法，为以后的学习奠定基础。

关键词开关电源设计电路设计意义及目的通常所用电力分为直流和交流两种，从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，因此需要进行电力变换。

常用的电力变换分为四大类，即交流变直流，直流变交流，直流变直流，交流变交流。

其中电路的功能是将直流电变为另固定电压或可调电压的直流电，包过直接直流变流电路和间接直流变流电路。

直接直流变流电路又称斩波电现代电源技术基于电路的电源设计学院专业姓名班级学号指导教师日期目录摘要设计意义及目的二电路基本原理和设计指标电路基本原理电路设计指标三参数计算及交流小信号等效模型建立根据设计中参数设定电压纹波为，即，代入式中可得，因此选取电容值为。

故电路参数为占空比。

交流小信号等效模型建立根据定义，分别列出电感电流和电容电压的表达式。

在图对应状态时在图对应状态时利用电感与电容的相关知识可以得出化简得在稳态工作点，处，构造个交流小信号模型，假设输入电压和占空比的低频平均值分别等于其稳态值加上个幅值很小的交流变量，则可代入化简得出根据上式建立建立交流小信号等效模型，如图图交流小信号等效模型四控制器设计根据所建立的交流小信号等效模型可知，电路中含有两个独立的交流输入控制输入变量和给定输入变量。

交流输出电压变量可以表示成下面两个输入项的叠加