buck电路闭环控制原理

### Buck电路闭环控制工作原理详解

#### 一、Buck电路概述
BUCK转换器是一种常见的直流-直流(DC-DC)降压型开关模式电源(SMPS)，能够将较高的输入电压转换成较低的稳定输出电压。该类转换器广泛应用于各种电子设备中，因其高效性和可靠性而备受青睐。

#### 二、闭环控制系统组成
为了保持输出电压恒定并提高系统的动态响应速度，在实际应用中通常会引入反馈机制形成闭环控制系统。对于基于SIMULINK仿真的BUCK电路而言，采用了PI控制器来进行精确调控[^1]。

#### 三、PI控制器的作用机理
比例积分(Proportional Integral, PI) 控制算法由两部分构成：

- **P项（比例环节）**：直接与误差信号e(t)=Vref-Vout呈线性关系，其中Vref代表设定的目标值即期望得到的理想输出电压水平；Vout表示当前测量到的实际输出端子上的瞬时电位差。

- **I项（积分环节）**：累积过往时刻产生的偏差量，从而补偿静态误差，确保长时间运行后的精度不丢失。

两者共同作用下计算得出用于调整功率级元件导通时间占比Duty Cycle的新指令u(t)[^3]。

% MATLAB/Simulink 中实现简单的PI控制器模型
Kp = 1; % 比例增益
Ki = 0.5; % 积分增益
integral_error = 0;
error_prev = 0;

for t = 1:length(time)
    error = V_ref - V_out(t);
    
    integral_error = integral_error + Ki * error;
    
    u(t) = Kp*error + integral_error;
end

#### 四、PWM调制过程
根据上述获得的控制变量u(t), 经过限幅处理后作为脉宽调制(PWM)发生器的输入参考值来决定每一个周期内场效应晶体管(MOSFET)开启关闭的时间长短，进而改变传递给负载的能量大小以及最终呈现出来的平均输出电压Uo。当占空比小于等于一半时，则表现为降压效果；反之则可能引起升压现象的发生[^2]。

#### 五、稳定性考量
值得注意的是，在设计此类系统过程中还需要充分考虑到相位裕度(phase margin) 和增益裕度(gain margin)等因素的影响，以保障整个回路能够在面对外界干扰或内部参数变化的情况下依然维持良好的鲁棒特性而不失稳振荡。此外，“电容安秒面积平衡”的原则也需被遵循，使得滤波组件能在长期工作中发挥预期效能[^4]。