直流变换器课程设计

目录第一章．设计概要

1.1 技术参数

1.2 设计要求

第二章．电路基本概述

第三章.电力总体设计方案

第三章.电力总体设计方案

3.1 电路的总设计思路

3.2电路的设计总框图

第四章BUCK 主电路设计

4.1 Buck变换器主电路原理图

4.2 Buck变换器电路工作原理图

4.3 主电路保护（过电压保护）

4.4 Buck变换器工作模态分析

4.5 主电路参数分析

第五章控制电路

5.1 控制带你撸设计方案选择

5.2 SG3525控制芯片介绍

5.3 SG3525各引脚具体功能

5.4 SG3525内部结构及工作特性

5.5 SG3525构成的控制电路单元电路图

第六章驱动电路原理与设计

6.1 驱动电路方案设计与选择

6.2 驱动电路工作分析

第七章附录

第八章设计心得

第一章．设计概要

1.1 技术参数：

输入直流电压Vin=25V，输出电压Vo=10V，输出电流Io=0.5A，最大输出纹波电压50mV，工作频率f=30kHz。

1.2 设计要求：

（1）设计主电路，建议主电路为：采用BUCK 变换器，大电容滤波，主功率管用MOSFET；（2）选择主电路所有图列元件，并给出清单；

（3）设计MOSFET 驱动电路及控制电路；

（4）绘制装置总体电路原理图，绘制：MOSFET 驱动电压、BUCK 电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）；

（5）编制设计说明书、设计小结。

第二章．电路基本概述

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，输入与输出不之间不隔离。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。Buck 电路作为一种最基本的DC/ DC 拓扑，结构比较简单，输出电压小于输入电压，广泛用于各种电源产品中。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可以分为脉冲宽度调试、频率调制和混合型三种控制方式，Buck 电路的研究对电子产品的发展有着重要的意义。MOSFET 特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置。功率MOSFET 的种类：按导电沟道可分为P沟道和N 沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET 主要是N 沟道增强型。

第三章.电力总体设计方案

3.1 电路的总设计思路

Buck 变换器电路可分为三个部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。主电路模块，由MOSFET 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。的大小。控制电路模块，可用SG3525 来控制MOSFET 的开通与关断。驱动电路模块，用来驱动MOSFET。

3.2 电路设计总框图

电力电子器件在实际应用中，一般是有控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。有信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断，来完成整个系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应该包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路致谢环节。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，设计出降压斩波电路的结构框图如下图所示。

第四章BUCK 主电路设计

4.1 Buck 变换器主电路原理图

降压斩波电路的原理图以及工作波形如图3.1 所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为MOSFET。为在MOSFET 关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

4.2 Buck 变换器电路工作原理图

直流降压斩波电路使用一个全控型的电压驱动器件MOSFET，用控制电路和驱动电路来控制MOSFET 的导通或关断。当t=0 时MOSFET 管被激励导通，电源U 向负载供电，负载电压为Uo=U,负载电流io 按指数曲线上升；当t=t1 时控制MOSFET 关断负载电流经二极管VD 续流负载电压Uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串联的电感L 较大。电路工作时的波形图如图4.2 所示。

4.3 主电路保护（过电压保护）

本次设计的电路要求输出电压为12V，所以当输出电压设定时，一旦出现过电压，为了保护电路和期间，应立刻将电路断开，及关断MOSFET 的脉冲，使电路停止工作。以为芯片SG3525 的引脚10 端为外部关断信号输入端，所以可以利用SG3525 的这个特点进行过电压保护。当引脚10 端输入的电压等于或超过8V 时，芯片将立刻锁死，输出脉冲将立即断开。所以可以从输出电压中进行电压取样，并将取样电压通过比较器输入10 端实现电压保护。，从而过电压保护电路图如下所示：

4.4 Buck 变换器工作模态分析

在分析Buck 变换器之前，做出以下假设：

①开关管V、二极管VD 均为理想器件；

②电感、电容均为理想元件；

③电感电流连续；

④当电路进入稳态工作时，可以认为输出电压为常数。

当输入脉冲为高电平，即在ton时段内，V 导通，此时二极管VD 反偏截止，如下图 4.3.1 所示。通过电感L 的电流随时间不断增大，电源U 向负载R 提供功率，同时对电容C 充