buck变换电路设计
Buck变换器的设计与仿真
S a b e r仿真作业Buck变换器的设计与仿真目录1 Buck变换器技术 .......................................................................................................................... -2 -1.1 Buck变换器基本工作原理 ................................................................................................. - 2 -1.2 Buck变换器工作模态分析 ................................................................................................. - 2 -1.3 Buck变化器外特性 ............................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计................................................................................................................... - 5 -2.1 Buck变换器性能指标......................................................................................................... - 5 -2.2 Buck变换器主电路设计..................................................................................................... - 5 -2.2.1 占空比D .................................................................................................................. - 5 -2.2.2 滤波电感Lf.............................................................................................................. - 5 -2.2.3 滤波电容Cf ............................................................................................................. - 6 -2.2.4 开关管Q的选取...................................................................................................... - 7 -2.2.5 续流二极管D的选取 .............................................................................................. - 7 -3 Buck变换器开环仿真................................................................................................................... - 7 -3.1 Buck变换器仿真参数及指标.............................................................................................. - 7 -3.2 Buck变换器开环仿真结果及分析 ...................................................................................... - 8 -4 Buck变换器闭环控制的参数设计................................................................................................. - 9 -4.1 闭环控制原理..................................................................................................................... - 9 -4.2 Buck变换器的闭环电路参数设计 .................................................................................... - 10 -4.2.1 Gvd(s)的传递函数分析 .......................................................................................... - 10 -4.2.2 补偿环节Gc(s)的设计........................................................................................... - 12 -4.2.3 补偿环节参数设计................................................................................................. - 14 -5 Buck变换器闭环仿真................................................................................................................. - 18 -5.1 Buck变换器闭环仿真参数及指标 .................................................................................... - 18 -5.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图 .................................................................................... - 19 -5.3 Buck变换器的闭环仿真结果与分析................................................................................. - 19 -6 总结 ........................................................................................................................................... - 21 -1 Buck 变换器技术1.1 Buck 变换器基本工作原理Buck 电路是由一个功率晶体管开关Q 与负载串联构成的，其电路如图1.1。
(完整word版)Buck变换器的设计与仿真
目录1 Buck变换器技术........................................................................................................................... - 1 -1.1 Buck变换器基本工作原理............................................................................................... - 1 -1.2 Buck变换器工作模态分析............................................................................................... - 2 -1。
3 Buck变化器外特性........................................................................................................ - 3 -2 Buck变换器参数设计.................................................................................................................. - 5 -2.1 Buck变换器性能指标....................................................................................................... - 5 -2。
2 Buck变换器主电路设计................................................................................................ - 5 -2.2。
Buck变换器环路设计(修改)
Buck 变换器的环路设计1．功率级传递函数R1L1Q1buck 变换器功率级电路示意图其传递函数为1)(1121+⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅=s C R ESR s C L s C ESR V V out out out i o 分子为一阶微分环节，有一个零点，其转折频率为outzero C ESR f ⋅=π21分母为二阶积分环节，其阻尼系数12L C R out=ζ，其中ESR R R +=1当1>ζ时，系统为过阻尼状态，有两个不同的极点。
当1=ζ时，系统为临界阻尼状态，有两个相同的极点。
当1<ζ时，系统为欠阻尼状态，有两个共轭的复数极点。
在DCDC 变换器中，为了获得较高的效率，会尽可能的减小R 的值，所以通常系统都是处在欠阻尼状态。
10210310410520102103104105典型的buck 变换器功率级幅频和相频特性曲线。
参数：Cout=100uF ，L1=2.2uH ，ESR=1m Ω,R1=10m Ω在功率级的传函中，有一个由ESR 和Cout 构成的零点。
当ESR 比较小时，幅频曲线在转折频率后会以-40db/dec 衰减，相频曲线也会由0deg 急剧的下降为－180deg 。
在控制回路的环路补偿中就必须增加额外的相位超前补偿，否则不能满足要求的相位裕度。
当ESR 较大时，由ESR 和Cout 组成的零点会抵消到一个极点，控制回路中不需要额外的相位超前补偿，就能满足要求的相位裕度。
下图为ESR=100m Ω（其余参数相同）的幅频和相频特性曲线。
可以看出，其相位最低降到-100deg ，尚有80deg 的相位裕度。
1021031041050101021031041052． PWM 控制级传递函数在电压反馈系统中，PWM 控制器采用固定的三角波与反馈回来的电压比较，控制占空比。
三角波的周期为T ，上升段的时间为T 1，幅值为△V ，则，TT V V D K compPWM 11⋅∆==3． 环路补偿为获得比较高的稳态精度，系统总是要设计成为I 型系统，因为I 型系统的稳态误差为零。
buck电路设计
Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计1.占空比D计算2.电感L计算3.电容C计算4.开关元件Q的选取二. Buck变换器开环分析三. Buck闭环控制设计1.闭环控制原理2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法3.PSIM仿真4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会Buck变换器性能指标:输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V输出电压：直流电压24V ，5A 输出电压纹波：100mv 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=250kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB一. Buck 主电路设计：1.占空比D 计算根据Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D 的变化范围。
.50V48V 24U U D .4530V 53V 24U U D 0.558V 43V24U U D innom o nommax in o minmin in o max =========2.电感L 计算uH 105f i 2)D U -(U i 2)T U -(U L sL min o inmax Lon(min)o inmax =∆=∆=3.电容C 计算uF25.1250000*1.0*825.0vf 8i C s L ==∆∆=电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V ，则电容耐压值应大于24.1V 。
考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V 电容。
4.开关元件Q 的选取该电路的输入电压是43V~53V ，则开关管耐压值为53V ，电流的最大值为A 25.525.0A 5i I I L o Qp =+=∆+=，其开关频率为KHz 250f =，因此选用的MOSFET 管MTD6N15T4G ，其额定值为A 6/V 150。
Buck 主电路传递函数Gvd （s ）占空比d （t ）到输出电压Vo （t ）的传递函数为：220zinvd /s Q /s 1/s 1U )s (G ωωω+++=其中，CR 1,)C R R /L (1Q ,/R)R LC(11esr z esr 0esr 0=+=+=ωωω取R esr=50m Ω，负载R=4.8Ω，又知L=105uH ，C=120uF ，可求得ω0=8862.7rad/s ，f 0=ω0/2π=1410.5Hz ，Q=4.0269，ωz=166670rad/s ，fz=ωz/2π≈26526Hz 。
BUCK变换器设计
BUCK变换器设计报告一、BUCK变换器原理降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。
它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。
它主要用于直流稳压电源。
二、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器的设计方法利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。
2、主电路的设计指标输入电压：标称直流48V，范围43~53V输出电压：直流24V，5A输出电压纹波：100mV电流纹波：0.25A开关频率：250kHz相位裕量：60°幅值裕量：10dB3、BUCK 主电路主电路的相关参数：开关周期：T S =s f 1=4×10-6s占空比：当输入电压为43V 时，D max =0.55814当输入电压为53V 时，D min =0.45283输出电压：V O =24V 输出电流I O =5A纹波电流：Δi L =0.25A纹波电压：ΔV L =100mV电感量计算：由Δi L =2Lv -V o max -in DT S 得： L=L o max -in i 2v -V ΔD min T S=25.022453⨯-×0.4528×4×10-6=1.05×10-4H 电容量计算：由ΔV L =Ci L 8ΔT S 得： C=L L V 8i ΔΔT S =1.0825.0⨯×4×10-6=1.25×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。
实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。
降压型(BUCK)DC-DC电路的设计与制作设计报告
课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点；2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用；4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。
二、课题任务1）设计参数要求：=12V；① DC-DC主电路输入电压VI②输出电压: V=5V；O=1A；③输出电流：IO④输出电压纹波峰-峰值 V≤50mV，即纹波≤1%；pp=5W。
⑤额定输出功率PO2）PWM驱动信号：=20kHz；① PWM驱动信号频率fS② PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。
5）撰写完整的实习报告。
三、实验原理BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。
开关S断开的时候，VD 二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。
这样电压就能降低。
实际使用的时候，S开关是通过MOSFE 或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。
开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。
所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压Buck-Boost 型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。
我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。
图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。
控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。
忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。
图1 降压变换器原理图当施加输入直流电压Ui后，降压型电路需经过一段较短时间的暂态过程，才能进入到稳定工作状态。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型DC-DC变换器是一种常见的电源转换器，用于将高压直流电源转换为稳定的低压直流电源，广泛应用于电子设备和通信系统中。
在设计buck型DC-DC变换器时，保护电路的设计至关重要，可以有效保护电路和相关元器件，提高整个系统的可靠性和稳定性。
本文将从保护电路的设计入手，对buck型DC-DC变换器进行深入研究和分析。
1. 保护电路的作用保护电路是buck型DC-DC变换器中的重要组成部分，其主要作用是防止过流、过压、过温等异常情况对电路和元器件造成损坏。
通过及时检测异常信号并采取相应的保护措施，可以有效避免电路的故障和损坏，延长系统的使用寿命。
2. 过流保护电路设计过流是buck型DC-DC变换器中常见的故障情况之一，如果电流超过设定的安全范围，将会对电路和元器件造成严重的损害。
在设计过流保护电路时，需要合理选择电流传感器和保护元件，并设置合适的保护触发门槛。
常用的过流保护电路包括电流限制器、熔断器和过流保护芯片等，通过这些器件的合理组合可以实现对电路的有效保护。
3. 过压保护电路设计过压是另一种常见的故障情况，当输入电压超过设定的安全范围时，将对电路和元器件产生严重的影响。
在设计过压保护电路时，需要考虑输入电压的波动范围和保护触发门槛，并选择合适的过压保护器件进行搭配。
常用的过压保护电路包括过压保护芯片、击穿二极管和电容滤波器等，通过这些器件的合理配置可以有效防止过压对电路的损坏。
4. 过温保护电路设计过温是buck型DC-DC变换器中的另一个重要故障情况，当工作温度超过元器件的最大承受温度时，将会导致电路的失效和损坏。
在设计过温保护电路时，需要合理选择温度传感器和保护器件，并设置适当的保护触发温度。
常用的过温保护电路包括温度开关、热敏电阻和温度保护芯片等，通过这些器件的合理配置可以实现对电路的及时保护。
5. 其他保护电路设计除了上述提到的过流、过压和过温保护电路外，buck型DC-DC变换器的保护系统还需要考虑短路保护、输入欠压保护和输出失稳保护等其他故障情况。
BUCK变换器设计报告
BUCK变换器设计报告一、BUCK主电路参数计算及器件选择1、BUCK变换器设计方法利用计算机设计BUCK变换器，首先要选取合适的仿真软件。
本文采用MATLAB和PSIM设计软件进行BUCK变换器的综合设计。
在选取好设计软件之后，先根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真。
如果开环仿真结果不能满足设计要求，再考虑选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计。
设计好闭环控制器后，对其进行闭环函数的仿真，选取超调小、调节时间快的闭环控制器搭建模型进行电路仿真。
2、主电路的设计BUCK变换器设计指标输入电压：标称直流电压48 V，范围：43 V～53 V ；输出电压：直流24 V ；输出电流：直流5 A ；输出电压纹波：100 mV ；输出电流纹波：0.25A ；开关频率：250 kHz ；相位裕量：60；幅值裕量：10 dB 。
设计要求计算主回路电感和电容值；开关器件选用MOSFET，计算其电压和电流定额；设计控制器结构和参数；画出整个电路，给出仿真结果。
根据设计指标，采用BUCK电路作为主电路，使用MOSFET元件作为开关元件，这是因为MOSFET的开关速度快，工作频率高，可以满足250khz的开关频率，此外，MOSFET与其他开关器件最显著的不同，是MOSFET具有正温度系数，热稳定性好，可以并联使用，其他开关器件不具有此特性。
（1）BUCK电路的主电路的拓扑图：（2）主电路的基本参数计算:开关周期：Ts=1/f s=4∗10−6s=0.5占空比(不考虑器件管压降)：D=v0v in=0.5581V in=43V时，Dmax=v0v inV in=53V时，Dmin=v0=0.4528v in输出电压：V o=24V；输出电流：Io=0.25A;额定负载：R=V o÷Io=4.8Ω纹波电流：△I=0.25A；纹波电压：△V=100mV电感量理论值计算：由：，得：，电容量理论值计算：由：，得考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故取C=120uF.由于电解电容一般都具有等效串联电阻R esr,因此在选择的过程中需要注意此电阻的大小对系统性能的影响。
基于BUCK变换器的电源设计
基于BUCK变换器的电源设计BUCK变换器是一种常用的电源设计方案，常用于将高电压转换为低电压供给电路。
它采用了脉宽调制（PWM）技术来有效地控制输出电压和电流，具有高效率和稳定的输出特性。
在进行基于BUCK变换器的电源设计时，需要考虑输入和输出电压、输出电流需求，以及稳定性、可靠性等因素。
下面将详细介绍BUCK变换器的电源设计过程。
首先，确定输入和输出电压。
根据应用需求，需要确定输入电压和输出电压的范围。
输入电压一般由系统电源提供，可以是直流电或交流电，也可以是电池供电。
输出电压则根据应用需求确定，可能是固定值或可调节的。
接下来，计算输出电流。
根据系统中各个组件的功率需求和电流消耗，可以估算出所需的输出电流。
输出电流需要考虑到系统的最大负荷情况，以确保BUCK变换器能够稳定输出所需的电流。
然后，选择合适的BUCK变换器芯片。
根据输入和输出电压、输出电流需求，选择合适的BUCK变换器芯片。
散热设计、开关频率、效率等因素也需要考虑进去。
常见的BUCK变换器芯片有TI的LM2596、ST的LM2596等，可以根据实际需求选择。
接着，设计输入滤波电路。
由于BUCK变换器对输入电压的纹波幅度和频率有一定的要求，因此需要设计输入滤波电路来滤除输入电压中的纹波。
输入滤波电路可以采用电感和电容组成的滤波器，根据输入电压的纹波要求来选择合适的电感和电容值。
然后，设计输出滤波电路。
BUCK变换器输出电压通常存在一定的纹波，为了减小或滤除输出电压的纹波，需要设计输出滤波电路。
输出滤波电路可以采用电感和电容组成的滤波器，根据输出电压的纹波要求来选择合适的电感和电容值。
接下来，进行稳压器设计。
为了保证BUCK变换器输出电压的稳定性，需要设计一个稳压器。
稳压器可以采用反馈控制电路，通过调整PWM宽度来实现对输出电压的精确控制。
稳压器还可以采用放大器、比较器等元件来构成反馈环路，以实现电压稳定。
最后，进行保护电路的设计。
由于BUCK变换器中存在高电压和高电流，还有可能出现过电流、过载、过温等情况，因此需要设计一些保护电路来保证BUCK变换器的正常运行。
BUCK型DCDC变换器电路设计
BUCK型DCDC变换器电路设计1.原理BUCK型DC-DC变换器的原理基于一个开关和一个电感的组合。
当开关闭合时，电感中储存的能量会增加，同时输出电压会降低。
当开关打开时，电感中储存的能量会释放，输出电压会增加。
通过改变开关的周期和占空比，可以控制输出电压的稳定性。
2.基本电路设计-开关可以是MOSFET或BJT等元件，负责控制电路的开关状态。
-电感主要起到储存能量的作用，根据输出电流选择合适的电感数值，并结合开关频率选择合适的电感电流。
-二极管位于电感和负载之间，用于流动电流。
-滤波电容用于过滤输出纹波，增加稳定性。
-负载则是变换器的输出端，根据需要选择合适的负载数值。
3.性能参数选择在设计BUCK型DC-DC变换器时，需要选择合适的性能参数以确保稳定性和效率。
-输入电压范围：根据实际应用的输入电压范围选择合适的设备。
-输出电压范围：根据实际应用的输出电压需求选择合适的设备。
-开关频率：通过选择合适的开关频率，可以平衡效率和纹波。
-效率：BUCK型DC-DC变换器的效率通常在80%到95%之间，可以通过选择适当的部件来提高效率。
-纹波电压：根据应用需求，选择适当的滤波电容和电感来减小输出电压纹波。
4.工作原理当输入电压施加到BUCK型DC-DC变换器的输入端时，开关关闭，电感将储存能量。
当开关打开时，电感释放能量到负载，从而提供稳定的输出电压。
通过改变开关的占空比，可以控制输出电压的稳定性。
5.效率和效果综上所述，BUCK型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源变换器，通过开关和电感的组合实现输出电压的稳定降低。
在设计过程中，需要注意选择合适的元件和参数以满足应用需求。
同时，合理的电路布局和工艺选择，也对BUCK型DC-DC变换器的性能和效果有重要影响。
(完整版)Buck-Boost电路设计.doc
500W Buck/Boost 电路设计与仿真验证一、主电路拓扑与控制方式Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器， 其主电路与 Buck 或 Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、 二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。
与 Buck 和 Boost 电路不同的是，电感L f 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。
开关管也采用 PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也有电感电流 连续喝断续两种工作方式， 本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。
图 1-2 是电感电流连续时的主要波形。
图1-3 是 Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。
电感电流连续工作时，有两种工作模态，图 1-3(a)的开关管 Q 导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管 Q 关断、 D 续流时的工作模态。
QD LDR+-V in L fC fV o+-+图 1-1 主电路V bet onT ti LFi LfmaxI LFi Lfminti Qi Lfmaxi Lfminti DiLfmaxi LfmintV LfV inV ot图 1-2 电感电流连续工作波形QDR LDQDR LD+-+-C fC f V inL fi LfL f+V o V in i Lf+V o-+-+(a) Q 导通(b) Q 关断， D 续流图 1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。
在开关模态 1[0~t on]：t=0 时， Q 导通，电源电压V in加载电感 L f上，电感电流线性增长，二极管 D 戒指，负载电流由电容 C f提供：di L fL f dt Vin (2-1)I o V o(2-2) R LDC f dV o I o (2-3)dtt=t on时，电感电流增加到最大值i L max，Q关断。
BUCK+电路设计+电力电子课程设计
BUCK变换器的研究与设计1总体分析与解决方案1.1问题的提出与简述直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。
直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。
利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等，利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。
1.2设计目的及解决方案任务的要求是需要设计一个输出为20~30V的直流稳压电源，此部分内容由以前所学模拟电路知识可以解决。
然后对降压斩波主电路进行设计，所涉及电力电子原理知识的直流斩波部分，可以参见所学课本第三章，所选着的全控型器件为IGBT。
任务还需要通过PWM方式来控制IGBT的通断，查阅相关资料，需要使用脉宽调制器SG3525来产生PWM控制信号。
电路需要使输出电压恒定为15V，采用电压闭环，将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM 信号，达到负反馈稳定控制的目的。
得到电路的原理框图如下：图1 总电路原理框图2直流稳压电源设计2.1 电源设计原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，其原理框图如下所示：图2 直流稳压电源原理框图图3 直流稳压波形图电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压U1变换为整流电路所需要的交流电压U2。
电源变压器的效率为： ，其中：2P 是变压器副边的功率， 1P 是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1 所示：表1 小型变压器效率因此，当算出了副边功率2P 后，就可以根据上表算出原边功率1P 。
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。
基于BUCK变换电路的恒流源设计
一．设计要求1.输入电压直流200V。
2.阻性负载，负载电阻在5~20Ω范围内变化。
3.输出电流恒定于5A。
4.纹波电流（纹波电压）低于1%。
5.控制电路可用数字电路（单片机为核心），也可用模拟电路（PWM发生芯片为核心，如SG3525）二、基于buck变换电路的稳压电源：1.关于buck变换器目前高频高效的buck变换器的应用越来越广泛。
通常系统在满输出负载时，系统工作于ccm即连续电流模式。
但是，当系统的输出负载从满载到轻载然后到空载变化的过程中，系统的工作模式也会发生相应的变化。
对buck电路拓扑解释如下：•T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT)，当时，T导通。
•D：续流二极管。
•L和C组成LPF。
（1）其工作原理如下：当时，控制信号使得T导通，D截止，向L[0,]t DT充磁,向C 充电；当 时，T 截止，D 续流，U0靠C 放电和L 中电流下降维持。
（2） 主要波形为：（3） 假设及参数计算T ，D 均为理想器件，L 较大，使得在一个周期内电流连续且无内阻，直流输出电压U0为恒定，整个电路无功耗，电路已达稳态。
当晶体管T 导通工作模式：（0≤t ≤t1=KT ） 二极管D 导通工作模式：（t1≤t ≤T ）则由上式可得： 如果假定buck 电路为无损的： 即开关周期T 可表示为 可求得的表达为 或 及因此，电容上电压峰-峰脉动值为：得：或电流断续时状况：• 求Av 根据伏秒平衡律：• 求Dp 平均电流为：[,]t DT T ∈21011d I I I U U L L t t -∆-==01021()()d U U t U t t I L L --∆==121,(1)t kT t t k T=-=-000d d U I U I kU I ==0I kI =I ∆据此可得：2.控制电路设计方案一图。
MC7805 为三端固定式集成稳压器，调节w R ，可以改变电流的大小，其输出电流为： L OUT W q I = (U / R ) + I ，式中q I 为MC7805 的静态电流，小于10mA 。
BUCK电路设计和推挽电路设计
高频电力电子大作业设计一个40~60V DC输入，5V DC(20A)直流变换器设计要求：1 采用buck 和push- pull各一方案，fs=100KHZ2 选择主电路器件（半导体，磁性元件，保护电路）3 比较计算俩种方案的损耗4 用传递函数形式设计出控制环，选择平均电流控制，要有完整模型分析以上设计要有计算，仿真等过程本次作业在十八周周四前交,交打印稿。
第一部分BUCK 电路设计125.0606040min_max _max _min _=====in on in in in u u d u u u 一 主电路如下图１ Mosfet 的选择功率管承受的最高电压d in u u u+>=60+0.7=60.722i I i i p p ∆+=> 1.195.26.165%306.16125.0608.01002min _2=+>=∆⇒<∆====i i i iA du p dI I pin o P Pη考虑安全裕量，选择 NTB52N10V V dss 100= A I d 52max =pF C iss 2250= 620=oss C pF C rss 135=２ 二极管的选择60max _=>in u u1.19>i考虑安全裕量，选择MBR30100，耐压100V ，通态电流30A 。
３电感的设计（1）续流阶段，电感俩端电压U=5+0.6=5.6uH t i t V l offl 75.95*6.5==∆∆⋅=根据额定电流及计算所得的电感值和《开关电源设计第三版》图7.26所示曲线图求磁心所需的ＡＰ值，可得AP 值大约为0.68，故选择磁心型号E2627，，其AP 值为0.7，最接近，此磁心各相关数据如下：磁芯比例 31/9 cm 磁芯截面积 Ae =0.832cm 窗口面积 Awb =0.852cm ＡＰ值= 0.7 4cm均磁路长度MPL=6.2cm 每匝的平均长度ＭＬＴ＝4.6ｃｍ 磁芯体积 5.13cm （2）计算最小匝数)(9010*83.0*10*25010*1.19*10*75.9102646max 4max min匝===--e A B LI N（3）计算磁芯气隙气隙长度g l （忽略边缘的影响）mm l A N u u l e r g 6.810*75.910*83*90*10*4106227220===--π 其中 g l 为总气隙长度，7010*4-=πu ，r u 为1（空气的相对磁导率），N 为匝数，Ae 为有效截面积，L 为电感量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
南京工程学院
自动化学院
电力电子技术课程设计报告
题目： Buck变换电路的设计
专业：自动化
班级：自动化 124 学号： 8
姓名：陈猛
指导教师：赵涛
起迄日期：——
设计地点：工程中心4-207
目录
1 引言
2 设计任务及要求
设计任务
设计内容
3 设计方案选择及论证
控制芯片的选择
驱动芯片的选择
4 总体电路设计
5 功能电路设计
主电路的设计
驱动电路的设计
控制电路的设计
辅助电源的设计
6 电路仿真与调试
7 设计总结
8 参考文献
BUCK变换电路设计
1 引言
本次电力电子装置设计与制作，利用Buck降压斩波电路，使用
TL494作为控制芯片输出脉冲信号从而控制MOS管的开通与关断。
为了将MOS管G极和S极隔离，本设计采用了集成的驱动芯片。
另外本设计还加入了反馈环节，利用芯片自身的基准电压与反馈信号进行比较来调节输出脉冲的占空比，进而调整主电路的输出电压维持在一个稳定的电压状态。
根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。
2 设计任务及要求
设计任务：
设计一降压斩波电路，采用BUCK电路。
输入直流电源：DC18~30V，输出电压为输入电压50%~100%可调：输出额定电流2A，电流峰峰值不大于，输出电压纹波不大与5%。
设计内容：
1）主电路的设计，器件的选型，电感和输出电容的选择；
2）驱动电路、检测电路和保护电路设计；
3）辅助电源设计，要求提供 DC15V 驱动电源和 5V 控制电源；
4）控制电路的设计，不同频率、不同脉宽 PWM 波的实现。
5）制作驱动和主电路；
6）利用提供的控制信号，完成 BUCK 电路的驱动和主电路和调试。
3 设计方案选择及论证
控制芯片的选择
方案一：采用SG3525芯片。
它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采
用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
方案二：采用TL494芯片。
它是一种固定频率脉宽调制电路，主要为开关电源电路而设计，在开关电路中比较常见。
综合对芯片的熟悉程度以及考虑到本次设计是比较小的手工制作电路，所以选择TL494最为合宜。
驱动方式的选择
由于老师提供的电力电子器件为IRF540，为MOS管。
主电路中只有一个MOS 管需要控制开关。
方案一：采用光耦隔离加放大电路驱动，这是一种常用方法，优点是电路比较成熟，但光耦次级需要隔离电源，由于光耦的速度不是很快，工作频率不能太高，并可能降低电源的瞬态响应速度。
方案二：IR2103是一个集成的半桥驱动芯片，能够同时控制2个受控器件。
它的脉冲质量好，工作频率高，体积较小。
且电源与控制芯片同为15V，这样不用额外设计辅助电源。
它对，5V和15V的逻辑兼容，我们选择的控制芯片TL494输出的逻辑高电平为15V。
4 总体电路设计
根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路及辅助电
辅
原理框图
%58u ≤∆=∆fc
i
o i U U dt
di
L -=S
L S T I T i ⨯=⨯∆2
1
在结构框图中，控制电路是用来产生BUCK 电路的控制信号，控制电路产生
的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在MOS 管控制端和公共
端之间，可以使其开通或关断的信号。
通过控制MOS 的开通和关断来控制降压斩
波电路的主电路工作。
5功能电路设计 主电路的设计
电感计算：
由于产生脉冲的芯片相应R ＝1K 欧姆，C ＝μF.则芯片产生的脉冲频率为f=(RC).计算得f=110KHZ.在电感充放电一个周期内：
得 i I L ∆=2
开通时 L t U U i o i /)(-=∆ 对于BUCK 电路，开通时， D=Uo/Ui. T=1/f Δi=
所以 i DT U U L s o i ∆-≥/)( 故计算得出 mH L 139.0≥
电容计算：
根据公式
解得 F μ89.1c ≥
本设计取 L=, C=2μF
在主电路中添加了接口，用来输入直流电压，和方便数据测量。
图1
驱动电路的设计
IR2103是一个集成的半桥驱动芯片，能够同时控制2个受控器件。
它的脉冲
质量好，工作频率高，体积较小。
且电源与控制芯片同为15V，这样不用额外设
计辅助电源。
它对，5V和15V的逻辑兼容，可以同时驱动两个MOS管，我
们这里只需使用一个驱动口，再接入门极前串联一个100Ω的电阻。
根据器件手
册进行接线:
RC
f 1
.1=
图2
控制电路的设计
TL494控制芯片是一个固定频率的脉冲宽度调制电路内置线性锯齿波振荡
器振荡频率可通过外部的电阻R T 和电容C T 来进行。
其振荡频率
为 ,R=1K 欧姆，C ＝μF.计算得KHZ f 110=。
芯片14脚输出基准电压通过电阻分压进入15号脚作来与16号反馈信号进
行比较的基值。
从主电路输出端引出的反馈信号即16号脚，与15号脚的基值进
行比较，从面调节8号脚和11号脚输出的脉冲信号的占空比，从而达到调节MOS
管的开通与关断的频率与时间，最终实现输出端输出理想的稳定的电压值。
图3
设计稳压直流电源15V和直流电压100V
由于只提供直流电压DC:18~30V，而控制芯片TL494和驱动芯片IR2103需要
15V的工作电压。
用三端集成稳压器稳压成15V的电压输出。
其中变压器匝数比
为220V/24V,电容C1=100uF并且耐压50V，三端集成稳压器型号为7815。
图4
6 电路仿真与调试
电路仿真选择MATLAB软件，该软件功能强大，具有专门的电力电子仿真模块SimPowerSystem。
根据之前计算结果L=2e-4H, C=2e-6F, 工作频率f=110kHz,所以T=, 占空比选择D=50%。
输出波形：（从上到下依次为PWM波形，受控器件波形，电感电流，负载电压）
其中电感电流和负载电压如下：
经过放大：
由上图可知符合设计任务：输出额定电流2A，电流峰峰值不大于，输出电压纹波不大与5%。
7 实验总结
回顾此次电力电子装置课程设计的一个星期，我感慨很多。
从理论到时践，我们遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。
它不仅巩固了以前所学的理论知识，更是学到了很多课外的东西，锻炼了我们解决实际问题的能力。
在此次课程设计过程中，我们遇到的问题还是很多的。
刚开始拿到这个题目时，不知道如何下手，课本上涉及这部分的原理知识比较少，光靠自己所学的知识根本解决不了，于是我们小组去图书馆以及网站找了很多资料，学习了很多课本上没有的东西，感觉特别充实。
然后在做设计的过程中我们学到了很多东西，也觉得知识掌握得不够牢固，以后还要努力。
通过这次课设，也锻炼了我们将理论知识运用到实际中的能力，受益良多。
虽然现在的设计题目比较简单，但通过课程设计的学习工作，使我和组员接触了很多新的知识，也让我们对这门课有了更深的了解，培养了我们求真务实的态度。
8 参考文献
[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）[M].北京:机械工业出版社.2009
[2] 何亮,方宇,李吉,邢岩.峰值电流控制 DC/DC 变换器的恒值限流方法[J]电工技术学报，2006（21）10：86-89,105
[3] 邵群涛.电气制图与电子线路CAD —北京：机械工业出版社，
[4] 王玫，宋卫菊，徐国峰.电路原理—北京;中国电力出版社，
[5] 董琳. MATLAB使用详解—科学出版社，。