BUCK变换器设计
(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变换器设计
BUCK变换器设计一、引言BUCK（降压）变换器是一种常见的开环降压电源设计，具有广泛的应用领域。
在本文中，我们将详细介绍BUCK变换器的设计原理和步骤。
二、BUCK变换器的基本原理1.输入电压通过一个开关管和一个电感器连接到输出电压。
开关管通过开关周期性地打开和关闭来调整输出电压。
2.当开关打开时，电流通过电感器，能量存储在电感器磁场中。
3.当开关关闭时，电感器上的磁场坍缩，通过一个二极管将存储的能量传递到输出负载电路中。
4.通过调整开关管的开关周期和占空比，可以实现对输出电压的精确控制。
三、BUCK变换器的设计步骤下面是设计BUCK变换器的基本步骤：1.确定输入电压和输出电压范围。
根据应用的需求，确定输入电压和输出电压的合适范围。
输入电压通常由电源提供，而输出电压则由负载需求决定。
2.选择合适的开关器件。
根据输入电压和输出电流的要求，选择合适的开关管和二极管，以确保电流和功率的可靠传输。
3.计算开关周期和占空比。
根据输入输出电压的比例以及工作频率，计算出合适的开关周期和占空比。
这两个参数直接影响输出电压的稳定性和效率。
4.计算电感器和输出电容。
根据预设的开关周期和占空比，计算出合适的电感器和输出电容值。
电感器和输出电容可以提供电流平滑和稳定输出电压的功能。
5.设计反馈电路。
设计一个反馈电路来控制开关管的工作，以实现对输出电压的精确调节。
常见的反馈电路包括PID控制器和比例控制器。
6.进行验证和测试。
在实际应用中，进行验证和测试以确保设计的BUCK变换器满足要求。
四、BUCK变换器的特点和应用1.高效率。
BUCK变换器通过周期性开关操作和能量传递来实现电流和功率的可靠转换，使得效率比传统的线性稳压器更高。
2.范围广。
BUCK变换器可以适应不同的输入电压和输出电压需求，可以应用于多种电子设备和系统。
3.体积小。
由于BUCK变换器的高效转换机制，可以采用较小的电感器和电容器，从而实现体积小巧的设计。
buck变换器设计报告
BUCK变换器设计报告——电力电子装置及应用课程设计1 设计指标及要求1.1设计指标•输入电压标称直流48V 范围：43V~53V•输出电压：直流24V•输出电流：直流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：10dB1.2 设计要求•计算主回路的电感和电容值•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2 BUCK主电路各参数计算图1 利用matlab搭建的BUCK主电路Mosfet2在0.01s时导通，使得负载电阻由9.6变为4.8，也就是说负载由半载到满载，稳态时负载电流上升一倍，负载电压不变，这两种状态的转换的过程的表征系统的性能指标。
2.1 电感值计算当时，，D=0.558 , 求得当时，，D=0.5 , 求得当时，，D=0.453，求得所以，取2.2 电容值的计算代入，得，由于考虑实际中能量存储以及输入和负载变化，一般取C大于该值，取2.3 开关器件电压电流计算2.4 开传递函数的确定其中故开环传递函数为3 系统开环性能3.1 开环传递函数的阶跃响应由MATLAB可以作出系统的开环函数的单位阶跃响应，如下图所示由图可知，系统振荡时间较长，在5ms之后才可以达到稳定值，超调量为66.67%，需要增加校正装置进行校正。
3.2 系统开环输出电压电压、电流响应由MATLAB simulink作出的系统的输出电压、电流响应如下图所示图2 开环电压、电流响应在0.01s时负载由9.6变为4.8，电压振荡后不变，电流增大一倍。
由图可知电压超调量达到70%，电流超调量达到75%。
图3负载变化时电流响应图4负载变化时点响应图3 电流纹波图4 电压纹波电流纹波约为0.002A，电压纹波为0.01V，符合设计的要求，由于器件本身的压降损耗等因素，电压稳态值不等于24V，电流的稳态值也不等于5A。
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。
高速低功耗buck变换器设计
图1 高效率、低功耗、快速响应DC-DC buck变换器整体架构图1 系统架构本系统架构如图1所示，主要包含以下模块：振荡器、锯齿波产生电路、PWM比较器电路、误差放大器模块、LDO电路、死区时间产生模块、高速高精度电流检测模块、软启动模块、电源切换模块和功率驱动模块。
2 小信号分析及PID补偿网络2.1 控制级小信号模型分析基本的电压模式控制的buck变换器的电路框图如图2（a）所示，其环路的基本模型包含功率级、具有补偿网络的误差放大器和PWM调制器。
图2（b）给出了开关变换器的小信号框图。
2.1.1 输出滤波器输出滤波器主要包含输出电感和电容。
其中电感的直流电阻以及电容的等效串联电阻，都必须考虑在建模分析中。
传递函数可以表示为：（1）其中：VinE=（2）2.1.2 PWM调制器调制器包含了振荡器器、驱动电路以及功率是误差放大器的输出与振荡器信号进行2.1.3 开环系统分析结合PWM调制器和输出滤波就构（6）2.2 PID补偿网络分析典型的PID补偿网络需要两个电容C i、C f和三个电阻R ip、R iz、R f和误差放大器，产生两个零点和两个极点。
式(7)给出了其中：加入PID补偿网络后图2 小信号框图（12）2.3 环路带宽与稳定性的AC仿真验证仿真条件设置如下：输入电压图3 系统环路的带宽与稳定性仿真图4 实际电路仿真结果V IN为输入电压电流。
内部各模块一般在一个稳定的直流电压下工作图5 电源切换仿真限制： a）香农采样定理决定了带宽不可能大于开关频率的二分之一； b）补偿放大器的带宽设得很高时会受到增益的限制、电容零点及温度影响等。
所以一般实际带宽会取开关频率的 1/4~1/5。
3.2 实际电路仿真结果本方案选取两种不同带宽进行比对。
仿真结果如图4（a）所示，其中线①表示1 MHz的系统带宽，线②表示2.5 MHz的系统带宽。
图4（b）为负载电流从0 mA突变到600 mA时的输出电压过冲，由图可知，线②的过冲电压大小为△V=1.8-1.793=7 mV，恢复时间t=54-50=4 μs，线①的过冲电压△V=1.8-1.785=15 mV，恢复时间t=55-50=5 μs。
BUCK变换器的研究与设计
BUCK变换器的研究与设计1总体分析与解决方案1.1问题的提出与简述电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。
开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。
伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。
电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。
开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。
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。
其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路，用于直流到直流的降压变换。
IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。
它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
所以用IGBT作为全控型器件的降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点，因此发展很快。
直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块，驱动电路模块，除了上述主要模块之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电气隔离。
Buck-Boost变换器的设计与仿真
1 概述直流-直流变流电路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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。
Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。
本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
RVDRVDRVD 2 主电路拓扑和控制方式2.1 Buck/Boost 主电路的构成Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。
与Buck 和Boost 不同的是电感L 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极性相反。
开关管也采用PWM 控制方式。
Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。
因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。
图2-1 Buck/Boost 主电路结构图电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。
（a ）V 导通（b ）V 关断，VD 续流图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路ttttt2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系电感电流连续工作时的工作主要波形见图2-3。
图2-3电感电流连续时的主要波形为了方便分析，假设电感、电容的值足够大，并且忽略电感的寄生电容。
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有V 导通和V 关断两种工作模态。
BUCK变换器设计毕业设计
课程名称：电力电子技术题目：BUCK变换器设计一．设计目的1）通过对Buck变换器电路的设计,掌握降压电路的工作原理,提高学生运用科学理论知识能力、工程实践能力2）通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。
二、二、设计内容：1．电路功能介绍1）电路由主电路与控制电路组成：主电路主要环节：整流电路及保护电路；控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。
2）主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。
3）系统具有完善的保护2. 系统总体方案确定3. 主电路设计与分析1）确定主电路方案2）主电路元器件的计算及选型4. 控制电路设计与分析1）功能单元电路设计2）触发电路设计3）控制电路参数确定5.仿真实验根据所设计的系统，利用仿真软件MATLAB建立模型并对系统进行仿真，分析系统所得到的波形。
6、动手实践在仿真所设计的系统的基础上，利用PROTEL软件绘出原理图，设计PCB印刷电路板，最后在电力电子实验室完成系统电路调试，分析所得到的结果。
三、设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图；2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3．分析单元电路与总电路工作原理，给出仿真与实验结果波形；4．绘制总电路图；5．写出设计报告。
主要设计条件1．设计依据主要参数设直流电源电压为，输出电压，最大输出2710%E V =±15R U V =功率为，最小功率为。
晶体管导通饱和电阻为120W 10W ，保证整个工作范围内电感电流连续，输出纹波电压0.2sat R =Ω。
利用仿真软件搭建系统模型；在电力电子实验室100o U mV∆=对系统进行实验验证。
2. 可提供实验与仿真条件说明书格式1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5．单元电路设计（各单元电路图）；6．故障分析与电路改进、实验及仿真等。
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。
电力电子的课程设计--BUCK变换器的设计
目录一、设计要求 (2)二、设计方案 (2)三、电路的设计 (3)四、主电路参数计算和元器件选择 (4)1、IGBT (4)2、二极管 (4)3、电感 (4)4、电容 (5)五、各模块所选器件说明 (5)1、变压器EI86 (5)2、误差放大器UC3842 (5)3、脉宽调制器SG3525 (6)4、驱动器MC34152 (7)5、三端正稳压器7815 (8)六、电气原理总图及元器件明细表 (8)七、课程设计心得 (10)八、参考资料 (10)汽车电力电子技术课程设计——BUCK变换器的设计一、设计要求设计一稳压直流电源，输入为交流220V/50HZ，输出为直流15V的直流稳压电源，如下图1所示，其中DC-DC变换时主要采用BUCK变换器，变换器主器件采用IGBT，控制方式采用PWM控制。
图1 总电路原理框图二、设计方案小功率直流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2所示。
图2 直流稳压电源原理框图三、电路的设计GabcVi 0WMV Gd图3 Buck 变换器电路及相关波形Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。
而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。
为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设： a 、开关元件M1和二极管D1都是理想元件。
它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；b 、电容和电感同样是理想元件。
电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。
电容的等效串联电阻（Equivalent Series Resistance ，ESR ）和等效串联电感（Equivalent Seriesinductance ，ESL ）等于零；c 、输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小，可以忽略不计。
buck变换器介绍_buck变换器设计
buck变换器介绍_buck变换器设计本文为大家带来buck变换器设计介绍。
buck变换器总电路原理此次设计主要是针对BUCK变换器的主电路进行设计，所选择的全控型器件为P-MOSFET。
查阅相关资料，可以使用以脉宽调制器SG3525芯片为主的控制电路来产生PWM控制信号，从而来控制P-MOSFET的通断。
然后通过设计以IR2110为主芯片的驱动电路对P-MOSFET进行驱动，电路需要使用两个输出电压恒定为15V的电源来驱动两个芯片工作。
同时采用电压闭环，将输出电压进行分压处理后将其反馈给控制端，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1所示。
下图2所示为BUCK型DC/DC变换器的基本结构，此电路主要由虚线框内的全控性开关管T和续流二极管D以及输出滤波电路LC构成。
对开关管T进行周期性的通、断控制，便能将直流电源的输入电压Vs变换成为电压V o输出给负载。
主芯片介绍考虑到IR2110它兼有光耦隔离和电磁隔离，且电路芯片体积小，集成度高，响应快，驱动能力强，内设欠压封锁，而且其成本低，易于调试，并设有外部保护封锁端口等的优点，在此次设计中采用IR2110作为主驱动芯片。
IR2110内部功能由三部分组成：逻辑输入；电平平移及输出保护。
如上所述IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。
尤其是高端悬浮自举电源的设计，可以大大减少驱动电源的数目，即一组电源即可实现对上下端的控制。
其内部电路图如图3所示。
主芯片外围电路设计虽然IR2110的主要优点是一组电源即可实现对上下端的控制，但遗憾的是在此次BUCK变换电路的设计中只用到了一个开关管，故没有充分体现出IR2110的优点。
考虑到设计方便，选取12脚作为输入端，1脚作为输出端，将2脚接到P-MOSFET开关管的S极，这样便可以使IR2110正常驱动开关管了。
BUCK型DCDC变换器电路设计
BUCK型DCDC变换器电路设计DC-DC变换器是一种能将直流电压转换为不同电压水平的电子设备。
BUCK型DC-DC变换器是其中最常用的一种类型。
本文将介绍BUCK型DC-DC变换器的电路设计过程和关键要点。
首先，BUCK型DC-DC变换器的基本原理是利用电感储能和开关管的开关控制来实现电压转换。
其核心的电路组成部分包括电感、二极管、开关管、输入电压、输出电压以及控制电路。
在设计BUCK型DC-DC变换器电路时，需要确定以下参数：1.输入电压范围：确定输入电压的最小值和最大值，以便选择合适的电子元器件。
2.输出电压和电流需求：确定需要将输入电压转换为多少输出电压，并根据输出电流的需求选择合适的电路元件。
3.开关频率：选择合适的开关频率以平衡功率转换效率和元件参数选择的难度。
接下来，我们将详细介绍BUCK型DC-DC变换器电路的设计流程和关键步骤：1.确定电路拓扑结构：根据输入输出电压的关系和功率转换需求，选择BUCK型电路拓扑结构。
2.选择电感元件：根据输入电压范围、输出电压和电流需求，选择合适的电感元件，并计算所需电感值。
3.选择开关管和二极管：根据输入电流和输出电流需求，选择合适的开关器件和二极管，并计算开关器件的导通电阻和二极管的反向电压承受能力。
4.选择滤波电容：根据输出电流需求，计算滤波电容的容值，用于减小输出电压的波动。
5.设计控制电路：设计合适的控制电路以控制开关管的开关频率和占空比，以实现电压转换和稳定输出电压。
6.进行电路参数计算和仿真：根据上述选择的元件参数，进行电路参数计算和仿真，以验证电路设计的可行性和预测其性能。
7.PCB布局和布线：进行PCB布局和布线设计，确保电路元件之间的良好连接和信号的稳定传输。
8.确定输入和输出滤波器：根据实际应用需要，选择适当的输入和输出滤波器，以减小输入输出电压的噪声和干扰。
9.进行实验验证：制作电路原型，进行实验验证，检验电路设计的性能和稳定性。
Buck变换器的设计与仿真
Sa b er 仿真作业Buck 变换器的设计与仿真1Buck变换器技术 ..................................................................... -2 -1.1Buck变换器基本工作原理 ....................................................... -2 -1.2Buck变换器工作模态分析....................................................... -2 -1.3Buck变化器外特性............................................................. -3 -2Buck 变换器参数设计................................................................. -5 -2.1Buck变换器性能指标 ........................................................... -5 -2.2Buck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 -3Buck变换器开环仿真................................................................. -7 -3.1Buck变换器仿真参数及指标 ..................................................... -7 -3.2Buck变换器开环仿真结果及分析................................................. -8 -4Buck变换器闭环控制的参数设计....................................................... -9 -4.1闭环控制原理................................................................. -9 -4.2Buck变换器的闭环电路参数设计................................................. -10 -4.2.1Gvd(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 - 5Buck变换器闭环仿真............................................................... -18 -5.1Buck 变换器闭环仿真参数及指标................................................. -18 -5.2Buck变换器闭环仿真电路原理图................................................. -19 -5.3Buck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，其电路如图功率晶体管Q的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。
BucK变换器的设计
④ 线径的选择
1 I max I 0 I 2.2( A) 2 1 I min I 0 I 1.8( A) 2 D 2 2 I rms ( I max I min I min * I max ) 0.896( A) 3
根据有效值在英美导线规格中，选用 AWG22 线，通过的电流为 1.465A ⑤ 磁芯饱和的验证
依 f s 60kHz ，
2.电容的计算与选择 因 I 20%* I0 0.2*2 0.4( A) 由电容公式： C
I L * T 8* V0
实取： 4.7 F ，10V 的电解电容。 当 f s 60kHz
C
I L * T 0.4 2.23 F 8* V0 8*5*5%*60 103
实取： 200 H
-1-
② 铁芯型号的选择 选择铁硅铝铁芯，型号为 CS166125 ③ 线圈圏数计算
由公式： L N 2 AL 103 ( H ), AL为 nH 可得匝数： N
N2
，
L 200 52.7(匝) ，取 53 匝。 3 N AL 10 72 103
二极管的耐流值： 0.896 0.896*30% 1.165( A) 二极管的耐压值： 30 30*30% 39(V ) 取肖特基整流二极管：STPS3L6OQ－3A，60V MOSFET 的耐流值： 0.896 0.896*30% 1.165( A)
-3-
MOSFET 的耐压值： 30 30*30% 39(V ) 取 N 沟道 MOSFET 管：STP60N55F3－80A，55V 4.UC3842 外围参数计算与选择 ① 晶振电阻和电容的计算 为了方便以后的调试取最大占空比为 0.5 当 f s 60kHz 取 R T＝680 ，由 CT＝
基于BUCK变换器开关电源设计
基于BUCK变换器开关电源设计一、引言开关电源是一种常见的电源系统，其主要由开关电路、滤波电路和稳压电路组成。
其中，开关电路是关键部分，负责将输入电源的直流电压转换为需要的电压形式。
BUCK变换器是开关电源中常用的一种变换器类型，在工业和电子设备中广泛应用。
本文将介绍基于BUCK变换器的开关电源设计的详细步骤和注意事项。
二、BUCK变换器的原理BUCK变换器是一种降压变换器，其工作原理是通过开关管控制输入电源的导通和断开，从而通过电感和电容的锁相环作用，实现输出电压的稳定调节。
具体工作步骤如下：1.开关管导通状态：当开关管导通时，输入电源与电感形成回路，电感里的能量被储存在磁场中，同时电容开始充电。
2.开关管断开状态：当开关管断开时，电感的磁场崩溃，释放能量，使得电流通过二极管回路，电容开始放电。
通过这种开关过程，BUCK变换器可以将输入电源的直流电压降低，达到需要的输出电压。
三、基于BUCK变换器的开关电源设计步骤1.确定输入电源和输出电压要求：根据具体应用需求，确定所需要的输入电压和输出电压，以及电流要求。
2.计算开关管的参数：根据输出电压和电流要求，计算开关管的额定电流和功率，选择合适的开关管类型。
3.计算电感和电容的参数：根据输入电压、输出电压和电流要求，计算出合适的电感和电容参数。
选择合适的电感和电容类型，并进行热稳定计算。
4.设计开关频率：根据应用需求和电路参数，选择合适的开关频率，以达到较高的功率转换效率。
5.设计控制电路：根据选择的开关频率和开关管类型，设计合适的控制电路，实现开关管的正常工作，如脉宽调制控制、开关管的驱动电路等。
6.选择滤波电路：根据输出电压的纹波和稳压要求，选择合适的滤波电路进行设计，如低通滤波器、电容滤波器等。
7.PCB布局和散热设计：根据电路参数和设计要求，进行PCB布局和散热设计，确保电路能够正常工作并具有较高的稳定性和可靠性。
四、注意事项1.在设计过程中，需根据电路参数和工作条件选择合适的元件，如开关管、电感、电容等。
电力电子课程设计_BUCK变换器设计说明
目录引言2第一章设计要求与方案................................................................... .. (2)1.1 课程设计要求.............................................................. (2)1.2 方案确定.............................................................. (3)第二章直流稳压电源设计.................................................................. . (3)2.1 设计要求.............................................................. (3)2.2 直流稳压电源原理描述.............................................................. (4)2.3 设计步骤及电路元件选择............................................................... (5)第三章Buck 变换器设计................................................................... (6)3.1 Buck 变换器基本工作原理.............................................................. (6)3.2 Buck 变换器工作模态分析.............................................................. (7)3.3 Buck 变换器参数设计.............................................................. (10)3.3.1 Buck 变换器性能指标.......................................................... (10)3.3.2 Buck 变换器主电路设计.......................................................... (10)第四章控制电路设计................................................................... . (12)4.1 直流—直流变换器控制系统原理 (12)4.2 控制电路设计................................................................. ..........................14 第五章课程设计总结.................................................................. .......................17 参考文献................................................................. .................................................18 附设计全图................................................................. (18)08 电气一班潘维200830151402引言随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。
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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：10dB
3、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=
2L v-
V o
max
-
in DT S得：
L=
L o
max
-
in
i 2v-
V
ΔD min T S=
25
.0
2
24
53
⨯
-×0.4528×4×10-6=1.05×
10-4H
电容量计算：由ΔV L =C
i 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。
通常钽电容的ESR 在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。
ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。
此处取R ESR =50m Ω。
4、主电路的开环传递函数
in ESR ESR V sC
R R sL sC R R s d )
1//()
1//()(s V s G O vd +++
==）（）（ )
(s )1(C 1)1(s G 2
vd C R R
L R R L s V C sR ESR ESR in
ESR +++++=）（ in 0
2
V Q s s
11)(G 2
ωωω++
+=
z
vd s
s
ESR
z CR 1
=ω
）（R
R
1LC 1ESR
0+
=
ω ）（C
R R L 1
Q ESR 0+=
ω
取R ESR =50m Ω，R=4.8Ω，C=120μF ，L=105μH ，V in =48V ， 可得传递函数为：
1107875.21027313.148
1088.2)(G 5284
vd +⨯+⨯+⨯=
---s s s s
在MATLAB 中根据开环传递函数画出Bode 图： >> clear
>> num0=[2.88e-4,48];
>> den1=[1.27313e-8,2.7875e-5,1]; >> bode(num0,den1)
>> [kg,gm,wkg,wgm]=margin(num0,den1) >> grid
相角裕量23.0483，显然不符合设计要求，考虑对其增添闭环控制回路进行校正。
5、主电路的PSIM仿真
电路如下：
电流I1波形如下：
电压V1波形如下：
三、BUCK变换器控制框图
BUCK变换器的控制器主要有电压型控制和电流型控制，其各自电路图如下所示
①电压型：
②电流型：
电压型控制原理是将开环电路的输出电压进行采样，采样信号H（s）与基准电压VREF输送到误差放大器，G（s）设计的
有源串联校正PID 环节。
其输出经过补偿在经过PWM ，调制后的信号控制开关Q 的通断，以此来控制输出电压的稳定，达到闭环控制的目的；电流型控制用通过功率开关的电流波形替代普通PWM 的载波信号，每个开关周期之初，由时钟脉冲置位RS 触发器，于是Q1导通，之后i L 逐渐增加，当i L 大于调制信号时，比较器翻转并复位RS 触发器，Q1关断。
综合考虑难易程度和功能特性，本设计采用电压型控制电路。
采用电压型控制电路的BUCK 转换器原理框图如下所示：
G vd （s ）为开环增益，Gc （s ）×G PWM 为调节器，H 为反馈因子。
则该框图的闭环增益为：PWM vd G )()s (H )s (G T s G c 三、K--因子法设计控制器
调节器类型有三种：
PID 调节器性能最佳。
搭建好闭环电路，确定串联PID 校正环节，确定新的开环剪切频率和相位裕量，确定控制回路中各个电阻电容的取值，这一工作可采用K--因子法完成，K--因子法设计步骤是：
①确定新的剪切频率；
②确定校正前处的相角和校正后的相位裕量，计算需要的相
位超前量。
计算公式为︒-=90'-c c b ϕϕϕ ③基于确定K 值，PID 调节器公式为：
）（K 1
tan -K tan 21
1b --=ϕ
）（
4
4
tan K b
π
ϕ+
≈
④基于K--因子确定补偿器的零点、极点位置，并计算调节
器参数。
公式为：
)(1G K 321b c C C R +=
ω
12121
f C R f K c p π=
=
3
2323
2C 21
f C C C R f K c p +=
=
π )
(21f 2111Z R R C K f c +==π
33c Z221K f f C R π=
=
⑤校正环节传递函数如下为：
)
21)(21()
21)(21()(G 212
1c p p Z Z c b f s f s f s f s s K G s ππππω++++=
取15.5kHz f c
= ︒=163c ϕ 1138.23K =
计算得
Ω=5500R 1
Ω=7196.248R 2
Ω=5964.27393R 3
nF 5873.8C 1=
nF 101493.8C 22-⨯=
nF 8021.1C 3=
校正环节传递函数为
2
2c )07
.4682171()04.202571(1138.2386.2231063)(G s s s s ++=
四、MATLAB SISOTOOL 利用以上求得的数据，用MATLAB 的SISOTOOL 工具箱
可以画出加入补偿器后的传递函数BODE 图如下
幅值裕量、相角裕量均满足设计要求
五、PSIM 仿真结果
1、带有PID 调节器的PSIM 电路如下所示：
2、将R1、R2、R
3、C1、C2、C3参数输入以上电路，仿真结果如下：
V O波形如下
将X坐标轴改为0.004到0.0045范围
IO波形如下
将X坐标轴改为0.004到0.0045范围
电流电压纹波均满足设计要求。