news 2026/2/4 5:07:37

手把手玩转Buck变换器控制仿真

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张小明

前端开发工程师

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手把手玩转Buck变换器控制仿真

buck变换器的simulink开环仿真、电压环闭环仿真,电流环闭环仿真,电压电流环双闭环仿真。 Buck 电路 simulink 仿真 buck 电路 电流开环控制 电流闭环控制 闭环控制包括:PID 控制,超前补偿,前馈控制,解耦控制 控制采用离散域进行控制, 各种控制方式下的参数整定还有 bode 伯德图进行相互验证,电流纹波小于 3% 还在就是有,看中随时

开环裸奔模式:先不整闭环那些花里胡哨的,咱们直接上开环看看Buck的脾气。Simulink里搭个基本框架:PWM模块驱动MOS管,LC滤波器接负载。重点注意这几个参数——开关频率设个20kHz(别用默认的50Hz搞笑了),电感取个100uH左右,电容整个470uF先凑合。

% PWM生成核心代码 carrier = sawtooth(2*pi*20e3*t); pwm = (Vref > carrier); % 比较器直接生成驱动信号

跑起来发现输出像过山车?正常!开环就是看天吃饭。这时候拿Powergui做FFT分析,电流纹波飙到10%以上,得想办法驯服这匹野马。

电压环调教:先给电压闭环上个PID试试水。关键操作——把输出电压采样后和参考值做差,经过离散PID控制器(Ts=1e-5秒别忘设)。这时候Bode图神器出场:

C = pid(0.5,100,0.001,'Ts',1e-5); bode(C); % 看相位裕度别低于45度

调参时发现积分太大容易振荡,比例太大又超调。建议先用Ziegler-Nichols法粗调,再微调。闭环后纹波降到5%,但动态响应还是慢吞吞。

电流环暴走模式:上电流闭环才是真男人!在电感电流支路加霍尔传感器,用超前补偿对抗电感带来的相位滞后:

lead_comp = tf([0.001 1],[0.0001 1],'Ts',1e-5); % 超前网络

这时候纹波直接干到2.8%,但负载突变时电压还是会抖。秘诀在于前馈控制——把输入电压变化量提前注入控制量,相当于给系统装了个预判外挂。

双闭环终极奥义:电压外环+电流内环才是完全体!外环负责宏观电压稳定,内环掌控微观电流细节。注意两个环的带宽要拉开十倍差距,别让它们打架。离散解耦控制上点骚操作:

decoupling = [1 -0.2; 0.3 1]; % 解耦矩阵

最后祭出杀手锏——用Sisotool同时调两个环参数,看着伯德图里漂亮的幅频特性曲线,那种满足感就像拼好乐高千年隼。实测纹波1.7%,负载阶跃响应时间<100us,这波稳了!

避坑指南

  1. 离散化时别用双线性变换,直接前向差分更稳
  2. 电流采样记得加低通滤波,但截止频率至少10倍开关频率
  3. 遇到震荡先检查地线有没有画成环路
  4. PID输出记得加限幅,别让执行器爆表

仿真文件建议用版本管理,不然调参调到最后连亲妈都不认识哪个版本了。搞定这些,Buck电路在你手里就是听话的金毛,指哪打哪!

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