buck变换电路设计

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： 203120408 姓名：陈猛

指导教师：赵涛

起迄日期： 2014.12.22——2014.12.26 设计地点：工程中心4-207

目录

1 引言

2 设计任务及要求

2.1设计任务

2.2设计内容

3 设计方案选择及论证

3.1 控制芯片的选择

3.2 驱动芯片的选择

4 总体电路设计

5 功能电路设计

5.1 主电路的设计

5.2 驱动电路的设计

5.3 控制电路的设计

5.4 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

2.1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0.5A，输出电压纹波不大与5%。

2.2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

3.1 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。

3.2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3.3V，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、驱动电路及辅助电源电路，设计出降压斩波电路的结构框图如下图所示：

o i U U dt

di L -=S L S T I T i ⨯=⨯∆2

1

原理框图

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 5.1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 ＝0.01μF.则芯片产生的脉冲频率为f=1.1/(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.

控制电路 驱动电路 辅助电源 电源

主电路

%58u ≤∆=∆fc

i

T=1/f Δi=0.5A

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=0.2mH, 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

5.2 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3.3V ，5V 和15V 的逻辑兼容，可以同时驱动两个MOS 管，我

RC

f 1.1=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:

图2

5.3 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 ＝0.01μF.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。