BUCK变换器设计.

电力电子技术课程设计题目Buck变换器设计

学院

专业自动化

年级2008级

学号

姓名

同组人

指导教师

成绩

2010年7月

目录

1、引言 (3)

2、设计要求 (3)

3、设计原理 (3)

3.1、SG3525工作原理 (3)

3.2、降压斩波电路工作原理 (5)

3.3、超前-滞后校正器原理 (6)

4、Buck变换器的设计.............................. .7

4.1、控制回路的设计 (7)

4.1.1 控制回路接线、焊接电路 (7)

4.1.2 检测控制回路的输出波形 (7)

4.1.3 遇到问题及解决方法 (7)

4.2、主回路的设计 (8)

4.2.1 主回路参数的计算 (8)

4.2.2 控制回路的接线、焊接 (8)

4.2.3 控制回路的观测、调试、记录数据 (9)

4.2.4 遇到的问题以及解决方法 (9)

4.3、超前-滞后校正系统 (9)

4.3.1 校正器的参数计算 (12)

4.3.2 校正器的接线、焊接 (13)

4.3.3 闭环回路的检测及调试 (13)

4.3.4 遇到的问题及解决方法 (13)

5、总结 (13)

5.1 实践经验 (13)

5.2 心得体会 (13)

参考文献 (14)

附录

Buck变换器设计

1 引言

通常我们所用的电力有交流和直流两种。从公共电网中得到的电力是交流，从蓄电池中得到的是电力是直流。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。降压斩波电路（Buck Chopper）是直流斩波电路（DC Chopper）的一种，根据它设计可得到的Buck变换器显而易见就是一种DC-DC的电压变换器。

很据课题要求，要求设计一个闭环的Buck变换器系统。该系统主要由三部分构成：一是控制回路，由SG3525芯片组成的PWM脉冲发生器构成；二是主回路，包括电阻、电感、电容等器件；三是一个超前滞后校正器，使得输出的电压保持稳定。

计算所设计的主电路和超前滞后校正器的参数电阻、电感、电容等的值是多少，选择适当的器件，按照原理图进行布线焊接，并分别在控制回路，主电路，和超前滞后校正器焊接好之后对其进行检测，检测是否达到达到闭环控制的要求。

在设计过程中要联系实际，主要给有些电路添加保护回路。

2 设计要求

1.设计一个Buck DC-DC变换器。

V=20~25V

2.电源电压

S

3.瞬时电流（最大电流）不能超过0.5A（由于电源限制）

4.开关频率30KHz

V=10V

5.要求输出电压

6.电感电流不断续

7.电容给定为330F

8.必须完成闭环设计（实现补偿网络）

3 设计原理

3.1 SG3525工作原理[1]

SG3525是电流控制型PWM控制器，通过SG3525实现对MOSFET的开通与关断的控制，其原理和所得到的波形分别入如图1和图2所示。其中，脚16是基准电源输出端，精度可以达到5.1V。15脚是芯片偏置电源接入端，在本次设计中选取的是16V作为输入。我们设计中需要的矩形波形是从11脚和14脚这两个脚输出的，且11脚和14脚是互不输出

端。SG3525芯片的内部含有一个两级差分放大器，在设计校正器的时候，脚1和脚2分别是差分放大器的反相输入端和同相输入端。除此之外，根据闭环系统的动态、静态特性要求，在放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈网络。

图 1 SG3525内部框图

图2 PWM控制原理图和工作波形

3.2 降压斩波电路工作原理[2]

降压斩波电路的原理图如图3所示：

图3 降压斩波电路原理图

在0=t 的时刻驱动S 导通，输入电压S V 开始向负载供电，负载电流呈指数曲线上升。 当0t t =时刻，控制S 关断，负载电流镜二极管D 续流，负载电压0V 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为使负载电流连续且脉动较小，通常使传亮的电感L 的值较大。至一个周期T 结束，再驱动S 导通，重复上一周期过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为：

S S on

S off on on V V T

t V t t t V α==+=0

式中，on t 为处于S 通态的时间，off t 为S 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。

可见，输出到负载的电压平均值0V 最大为s V ，减小占空比α，0V 随之减小。

3.3 超前—滞后校正器原理[3]

图4所示为超前-滞后校正器的框图

图4 超前滞后校正系统

超前滞后校正兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统响应速度较快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较好。当待校正系统不稳定，且要求校正后系统的响应速度、相角裕度和稳态精度较高时，以采用超前-滞后校正为宜。其基本原理是利用超前-滞后网络的超前部分来增大系统的相角裕度，同时利用滞后部分来改善系统的稳态性能。在原Buck 降压斩波的控制回路中再加入一个超前滞后校正器，使得系统性能稳定，能够得到稳定的输

出电压，达到控制要求。

根据图4，电流连续时Buck 变换器占空比至输出的传递函数为：

其中R 是负载电阻。 PWM 的传递函数为：

其中Vm 是锯齿波的峰值。 未校正前的开环传函：

4 Buck 变换器的设计

4.1 控制回路的设计

控制回路的原理图如下图5所示：

221()11

g o

vd V V G s L L

D LCs s LCs s R R ==++++1()m m

G s V =

021

()()()()()

1g m vd m V G s G s G s H s H s L V LCs s R

==++VCC=11V-18V 芯片电源

5.1v

电位器电位器0.1F

μ:2150T R k k Ω-Ω

:0.0010.1T C F F μμ-:0(57)500R Ω-Ω和短接

VC=15V-20V 驱动电压

D

RG 30(欧姆)

S

G