30W buck电路的设计
Buck电路的原理分析和参数设计
Buck电路的原理分析和参数设计连续工作状态一Buck工作原理将快速通断的晶体管置于输入与输出之间，通过调节通断比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。
该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。
Q导通：输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电。
电感相当于一个恒流源，起传递能量作用电容相当于恒压源，在电路里起到滤波的作用Q闭合:电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
导通时Q的电流闭合时C的电流L的电流和输出电流的关系。
输出电压与输入电压的关系（不考虑损耗）二 buck 的应用Buck 为降压开关电路，具有效率高，体积小，功率密度高的特点1．Buck 的效率Buck 的损耗：1.交流开关损耗 2.管子导通损耗3.电感电容等效电阻损耗Buck 的效率很高，一般可以达到60%以上，2．Buck 的开关频率频率越高，功率密度越大，但也同时带来了开关损耗。
在25~50KHZ 范围内buck 的体积可随频率的增大而减小。
三．参数的设计1．电感的参数电感的选择要满足直到输出最小规定电流时，电感电流也保持连续。
在临界不连续工作状态时 2120I I I -=ON OI T I V V L 20-=' ON I T LV V I I 012-=- 所以L L '≥ L 越大，进入不连续状态时的电流就越小2．电容的参数电容的选择必须满足输出纹波的要求。
电容纹波的产生：1. 电容产生的纹波： 相对很小，可以忽略不计2. 电容等效电感产生的纹波：在300KHZ~500KHZ 以下可以忽略不计3. 电容等效电阻产生的纹波：与esr 和流过电容电流成正比。
为了减小纹波，就要让esr 尽量的小。
不连续工作状态（1）开关管Q 导通，电感电流由零增加到最大（2）开关管Q 关断，二极管D 续流，电感电流从最大降到零； （3）开关管Q 和二极管D 都关断（截止），在此期间电感电流保持为零，负载由输出滤波电容来供电。
30W节能灯电路图和原理分析
30W节能灯电路图和原理分析!根据实物绘制的30W节能灯电原理见附图所示。
供参考。
一、各部分电路原理分析市电源由D1～D4整流、C1滤波后．形成300V左右的直流电压。
由R6、C7、D9组成启动电路，整流后的直流电经过R6对C7充电，当C7两端电压充到D9的转折电压后，触发二极管D9导通，c7经D9向三极管T2基极放电，使T2导通后迅速达到饱和导通状态。
由T1、T2、C4、C2、高频变压器和L组成高频自激振荡电路，当T2导通，T1截止时电压向c4、c2充电。
流经高频变压器初级线圈LA中的充电电流逐渐增大，当LA电流增大到一定程度时，变压器的磁芯达到饱和，C4上电荷不再增大，流过l．的电流开始减小。
这时，次级线圈k、k的电压极性发生倒相变化，使Lc中感生电动势上负下正，LB中的感生电动势上正下负，这样就迫使T2由导通变为截止，T1由截止变为导通。
C4开始放电，当放电电流增大到一定程度后，变压器磁芯又发生饱和，使LBk、Lc的电压极性又发生变化，LB上的感生电动势的方向为上负下正；Lc上的感生电动势的方向为上正下负，这又迫使T2由截止变为导通，T1由导通变为截止．这样T1、T2在高频变压器控制下周而复始地导通／截止，形成高频振荡，使灯管得到高频高压供电。
为了满足启动点亮灯管所需的电压，电路设置了主要由C2和L等元件组成的串联谐振电路。
D6、D7的作用分别是防止反向峰值电压击穿T1、T2。
R3、R4为负反馈电阻，用于T1、T2的过流保护。
二、检修经验1．节能灯不亮打开灯体即看到保险管已发黑。
R1、R2(15Ω、0.5W)限流电阻已烧毁；用数字万用表分别测量T1、1.2c—e结已短路：经查D1、D2、D3、D4完好。
针对这种情况，更换同种规格保险管及R1、R2、T1、T2后排除故障。
2．节能灯不亮(或灯丝微红)打开灯体，其他各元件外观无异常，只是C2电容变黑。
该故障大多是由于C2的耐压值不够所引起的。
只要将其更换为同容量的耐压为1200V以上的瓷片或CBB型电容器，故障即可排除。
BUCK电路的课程设计(DOC)
开关直流降压电源（BUCK）设计摘要本次电力电子装置设计与制作，利用BUCK型转换器来实现16V-8V的开关直流降压电源的设计。
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，本设计采用了推挽式放大电路。
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。
关键字：BUCK型转换器，降压电源，TL494，推挽式放大电路。
AbstractThis Power electronic equipment design is used by BUCK to catch the goal of 16V-8VSwitch dc step-down power supply design. Use TL494 as control chip output pulse signal to control the opening of MOS tube and shut off. In order to make the MOS tube G pole and S pole separate, this design uses a push-pull amplifier circuit. In addition, the design also joined the feedback link to make the circuit more accurate and stable .Key word: BUCK type converter, Step-down power,TL494,Push-pull amplifier circuit.目录摘要 (1)Abstract (1)1.方案论证与比较 (3)1.1 总方案的设计与论证 (3)1.2 控制芯片的选择 (3)1.3 隔离电路的选择 (3)2. BUCK电路工作原理 (4)3. 控制电路的设计及电路参数的计算 (6)3.1 TL494控制芯片 (6)3.2 电路参数的计算 (7)3.2.1电感值的计算 (7)3.2.2 线圈圏数计算 (7)4. 实验结果以及分析 (7)4.1实验结果 (7)设计小结 (9)参考文献 (9)1.方案论证与比较1.1 总方案的设计与论证方案一：LDO也就是低压差线性稳压管来设计电路。
buck降压电路设计
buck降压电路设计Buck降压电路是一种常见的电源电路，被广泛应用于各种电子设备中，如手机、电脑、电视等。
它通过降低输入电源的电压，得到所需的输出电压，以满足电子设备的工作要求。
在本篇文章中，我们将详细介绍Buck降压电路的设计原理和步骤。
让我们来了解Buck降压电路的基本工作原理。
Buck电路通常由输入电压源、功率开关、电感、二极管和负载组成。
其中，功率开关可以是MOSFET或BJT，用于控制电路的通断状态。
输入电压通过功率开关和电感形成一个电流环路，通过电流环路的开关控制，可以改变电路中电感的导通和断开状态，从而实现对输出电压的控制。
通过调节电流环路的开关频率，可以实现输出电压的稳定。
接下来，我们将详细介绍Buck降压电路的设计步骤。
1. 确定输出电压要求：我们需要确定所需的输出电压。
根据实际应用需求，确定输出电压的数值和精度要求。
2. 选择功率开关元件：根据所需输出电压和负载电流的要求，选择适当的功率开关元件。
常用的功率开关有MOSFET和BJT两种，根据实际应用需求选取合适的型号。
3. 计算电感和电容数值：根据所选功率开关元件的参数，以及设计输出电压和负载电流的要求，计算电感和电容的数值。
电感和电容的数值选择对输出电压的稳定性有很大影响。
4. 确定开关频率：开关频率也是Buck降压电路设计中非常重要的一个参数。
开关频率的选择要考虑输出电压稳定性、功率开关元件的性能和电路的EMI（电磁干扰）等方面。
5. 设计反馈回路：反馈回路用于检测输出电压，并根据需要进行调节。
常用的反馈回路有电压反馈和电流反馈两种。
根据设计需求，选择合适的反馈回路，并进行设计。
6. 进行仿真和优化：在设计完成后，可以进行电路的仿真和优化。
利用电路仿真软件，对电路进行模拟，验证设计的可行性和稳定性。
如果有必要，可以进一步对电路参数进行调整和优化。
7. PCB布局与焊接：将设计好的电路布局在PCB板上，并进行焊接和连线。
30W反激变压器设计
实取 N p 36 匝 。 （2）二次侧绕组的匝数
Ns
U O ( 1 Dmax ) 12 0.6 2.73( 匝） 3 fBm Ae 100 10 0.25 109 10 6
（1-7）
实取 N s 3匝 。 4、计算变压器磁芯气隙 如果变压器工作时，磁通不能回到始发点，变压器的磁通会随着反复工作逐步增大，将导致 磁通饱和，尖峰电压和浪涌电流，立刻烧坏主功率开关管解决磁通复位的问题，就是靠增加 气隙解决。合理的气隙不但能使变压器稳定工作，也可以增加电源输出功率，减少变压器的 高频磁芯损耗，并且可以进一步提高开关频率，降低初次级的纹波电流。 变压器磁芯气隙计算公式为：
lg
式中
2 0 N p Ae
Lp
（1-8）
7 l g —气隙长度（mm） ； 0 — 4 10 ； N P —原边匝数； LP —原边电感(mH)；
Ae —磁芯面积（ mm 2 ） 。
代入数据计算得：
lg
2 0 N p Ae
Lp
4 10 7 36 2 109 0.149( mm ) 1.193
基本参数 输入电压： u 220( 1 20%)V 输入电压频率： f in 50 Hz 输出电压： U O 12 V 输出电流： I O 2.5 A 输出功率： PO 30 W 开关频率： f 100 kHz 电源效率： 80% 最大占空比： Dmax 0.4 1、计算一次绕组的电感量 L p 当电网电压在 220V±20%范围内变化时，就对应于 176～264V。经全波整流和滤波后直流输 入电压的最大值、最小值分别为 U Im ax 360V ， U Im in 240V 。 输入电流的平均值： 即 u min =176V， u max =264V
Buck电路的设计与参数计算
Buck电路的设计与参数计算一、背景、Buck电路，又名降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。
其所用外围器件少，成本低，高能效，同时可以做到小型化，因此在计算机，消费产品等需多电源供电的电子系统中有着广泛的应用。
二、Buck电路拓扑结构主要由一个开关管Q1，二极管D1，电感L，输出电容C组成的Buck变换电路，因此可以看出其电路组成结构简单，器件较少，因而成本较低。
如图2-1所示图2-1Buck电路的基本结构三、Buck工作原理下图3-1为Buck电路开关波形，及其传递函数。
图3-1Buck电路的基本开关波形Vin为输入电压，Vout为输出电压，Fsw为Q1开关频率L为电感元件的电感值L，D为开关导通占空比根据电感元件在一个开关周期内的伏秒特性，可以写出Buck电路的传递函数，如图3-2所示图3-2Buck电路的传递函数计算方法四、控制模式如下图所示为Buck电路常见的两种控制模式。
图4-1为电压控制模式，图4-2为电流控制模式。
实际应用中最常见的是电压控制模式图4-1电压控制模式图4-2电流控制模式对于电压控制模式，以及电流控制模式他们有不同的优缺点，以及不同应用场景。
对于这两张控制模式，现做一个简单的比较电压控制模式：1，响应较慢2，由于存在ESR，有二阶响应作用3，补偿较为困难电流控制模式：1，每周期逐波限流2，一阶系统容易补偿3，快速响应4，容易引起次谐波振荡五、电感的计算当Buck电路处于临界工作模式CRM下，电感值的计算如下。
首先我们来开临界工作模式下，Buck电路的主要波形，如图5-1所示图5-1Buck电路工作在临界条件下的波形假定我们要设计一个输入Vin在8~15V，输出Vout为3.3V，额定工作电流Io=3A，工作频率为500KHZ的Buck电路。
在临界条件下，电感值计算公式如下5-2所示图5-2电感临界值的计算。
通过计算可知，工作在临界条件下，电感值为0.85uH。
BUCK电路方案设计
BUCK电路方案设计在电子领域中，BUCK电路是一种非常常见且重要的电路方案。
BUCK电路是一种降压型DC-DC转换器，也被称为降压开关电源。
它通过将输入电压降低到一个较低的输出电压来实现电源调节功能。
BUCK电路的工作原理是，当开关管导通时，输入电压源通过电感和开关管输出到输出电容上，输出电压上升。
当开关管截止时，电感中的能量继续通过电容供应负载，输出电压下降。
通过这种方式，BUCK电路能够稳定地将输入电压变为较低的输出电压。
1.确定输入和输出电压要求：根据具体应用需求确定输入和输出电压范围。
在此基础上，选择合适的开关管和电感。
2.计算工作频率：选择合适的工作频率，一般常见的有几十kHz到几MHz的范围。
工作频率的选择要平衡转换效率和滤波器尺寸。
3.计算电感和电容值：根据输入和输出电压范围，使用以下公式计算电感和电容值：电感值（L）=（输出电压/工作频率）*（输入电压-输出电压）/输出电流电容值（C）=输出电流/（工作频率*最大纹波电压）4.根据负载要求计算开关管的最大电流和功耗：通过确定负载电流以及开关管的最大导通时间和导通电阻，计算开关管的最大电流和功耗。
5.添加反馈控制：为了实现稳定的输出电压，需要使用反馈控制回路。
一般采用PID控制，通过调节开关管的导通时间来实现输出电压的调节。
6.性能评估和优化：通过仿真和实验评估BUCK电路的性能，包括效率、稳定性和纹波等。
根据评估结果进行优化，例如选择更合适的元件、调整控制参数等。
总之，BUCK电路是一种常用且重要的电路方案，适用于很多应用场景。
通过合理的设计和优化，可以实现稳定、高效的输出电压。
在实际应用中，还需考虑元件的选取、温度变化等因素，并根据具体需求进行优化调整，以实现最佳的电路性能。
(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。
开关电源拓扑之BUCK电路详解
Buck电路原理
上式中，对于Lc和D1 为固定值时，降压变换器的电流连续与否是由R = Vo/Io 值确定的。当R的欧姆值增大时，工作状态将从连续转化为不连续。另一方面 ，如果R和DTs 是固定的，则电感器的L<Lc 时，其工作状态由连续转化为不连 续。当Fs增大时，则保持开关变换器的连续状态工作的Lc降低。 从上图14、图15中可看到输入电流is是脉动的，与降压变换器的连续与否工作 状态无关。这个脉动电流，在实际应用中应受到限制，以免影响其他电器正常 工作。通常，电源Vs 和变换器的输入端之间会加上一些输入滤波器，这种滤 波器必须在开关变换器设计的早期阶段和建立模型过程就要预先进行考虑。否 则，在开关变换器与输入滤波器连接时，可能会引起意外的自激振荡。
+-
D
+
S
L2 C2
R
-
图6:Sepic
S
D
T
L
+
C
R
-
图8:单端反激变换器
开关电源拓扑概述
S1
D1
L
T
S2
D2
+
C
R
-
图9:推挽变换器
D1
L
C1
S1
T
D2
C2
S2
+
C3
R
-
D1
L
S1 S2
T
C
D2 S3 S4
图10:半桥变换器
+
R
-
图11:全桥变换器
之 开关电源拓扑介绍
Buck电路原理
Buck电路原理 Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳 压器。
源的主要组成部分是开关型DC_DC变换器，它是整个变换的核心。
BUCK电路方案设计
BUCK电路方案设计首先，需要明确设计目标，包括输出电压、输出电流和效率等。
根据这些目标，可以选择合适的BUCK拓扑和控制方式。
常见的BUCK拓扑有两种：非同步BUCK和同步BUCK。
非同步BUCK拓扑简单，成本较低，但效率较低；同步BUCK拓扑效率较高，但成本较高。
根据实际需求选择合适的拓扑。
控制方式主要分为开关控制和电流控制两种。
开关控制是通过PWM信号控制开关管的开关时间来调节输出电压；电流控制是通过测量和控制输出电流来实现稳定输出。
根据应用场景选择合适的控制方式。
在选择拓扑和控制方式时，还需要考虑输入电压范围、输出电流范围和负载变化等因素。
根据这些因素，可以确定合适的电源和开关管。
接下来，需要设计反馈控制回路，以确保输出电压的稳定性。
通常使用PID控制算法来控制输出电压。
PID控制器的设计需要根据具体情况进行参数调整。
在设计电路时，需要考虑电路的稳定性和抗干扰能力。
可以采用隔离设计或添加滤波电路来减小噪声和干扰。
同时，需要进行电路参数的计算和模拟仿真。
通过计算和仿真可以验证电路方案的可行性，并优化电路参数和控制策略。
在确定了最终的电路方案后，还需要进行实际的电路搭建和调试。
可以通过实验验证电路的性能和稳定性，并根据实际情况进行调整和改进。
最后，需要进行电路的安全设计和可靠性分析。
包括过压保护、过流保护、温度保护等功能的设计，以及电路的寿命和可靠性评估。
总之，BUCK电路方案设计需要结合实际需求和特点，进行拓扑选择、控制方式选择、反馈控制回路设计、电路参数计算和模拟仿真、电路搭建和调试、安全设计和可靠性分析等工作，最终得到一套满足要求的BUCK电路方案。
BUCK电路方案设计
项目2项目名称基于PWM控制Buck变换器设计一、目的1．熟悉Buck变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。
2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理，3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。
二、内容设计基于PWM控制的Buck变换器，指标参数如下：⏹输入电压：9V～12V；⏹输出电压：5V，纹波<1%；⏹输出功率：10W⏹开关频率：40kHz⏹具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路。
⏹具有软启动功能。
⏹进行Buck变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试。
三、实验仪器设备1. 示波器2. 稳压电源3. 电烙铁4. PC817隔离5. 计算机6. PWM控制芯片SG35257. IRF540_MOSFET 8. MUR1560快恢复整流二极管9. 74HC74N_D触发器 10. LM358放大器11. 万用表 12. 电容、电感、电阻四、研究内容（一）方案设计基于PWM控制的Buck变换器主要由五部分构成，功率主电路、PWM发生电路、MOSFET驱动电路、隔离电路和保护电路组成。
Buck变换器的基本控制思路框图如图1.1所示，总体电路图如图1.2所示。
图1.1 Buck变换器控制框图图1.2 总体电路图1、功率主电路图1.3 功率主电路功率主电路图如图1.3所示，在功率管导通时电管L 上电压为（Vd-Vo)，当功率管关断时时电管L 上电压为(-Vo),由于一个周期之内电感两端电压的积分为0，从而得到：D T t V V son o ==d 从而通过控制占空比D 就可以控制使Vd 从9V 到12V 变化时输出电压Vo 保持在5V[1]。
输入电压Vd=9至12V ，输出电压Vo=5V ，电压纹波△Vo/Vo<1％，输出功率P=10W ，开关频率s f =40kHz参数设定：H C F L V V L D T C H L H D I V T L V V D ms ms f T I V R A A V P I H L D o o D Bo do s B o o B μμμμμ2207610*55.48)1(60__23.18)1(2556.0417.0025.040115.2252510609417.0s 417.0o s s o o 2为选取为选取ΩΩ=-==≈≈∆-=≈-=→===========开关管选择TRF540_MOSFET ，在其栅源级之间加上一定电压MOSFET 导通，当所加压小于导通电压MOSFET 关断；二极管选择MUR1560快恢复整流二极管（NFE516U1560），2.5Ω电阻负载由滑动变阻器提供。
BUCK电路的毕业设计
BUCK电路的毕业设计BUCK闭环PID控制电路实验名称BUCK电路闭环PID设计及实验结果分析主要内容⼀．根据设计要求，进⾏PID补偿⽹络⼀．观察额定负载下的输出波形⼆．对观察出的波形进⾏分析指标（⽬标）要求1.输出电压：7.5V2.输⼊电压为10V. 且在输出电压⼀定的情况下，输⼊电压能尽可能⼤的范围内变化。
3.输出电流：连续但不能超过2.5A4.输出电压纹波峰峰值Vpp<=50mv5.开关频率：2KHZ⼀．BUCK变换器的⼯作原理降压式（buck）变换器是⼀种输出电压等于或⼩于输⼊电压的单管⾮隔离直流变换器。
图1.1给出了它的电路图。
Buck变换器的主要电路由开关管T，⼆极管D，输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。
这种电路，电源是电压源性质，负载是电流源性质。
电路完成把直流电压Us转换为较低的直流电压U0的功能。
若晶体管导通时忽略饱和压降，截⽌时忽略晶体管的漏电流，电路的主要⼯作波形如图1.2所⽰：⼆．BUCK电路主要电路参数设计1.占空⽐根据BUCK变换器的性能指标要求及BUCK变换器输⼊输出电压间的关系求出占空⽐：Dc=U0 / Ui =3/42.电感L=(1—Dc).R.f / 2=625uf为保证电感电流连续，电感取值700uf3.电阻R=5.1三．主电路的设计和仿真1.⽤Matlab绘制主电路仿真图为了克服PI环节和PD环节的缺点，并且充分利⽤它们的优点，所以出现了PID调节器，它综合了PI环节和PD环节的优，点，既有PD环节的快速性⼜有PI环节的⽆稳态误差，但是在参数的整定上⽐较⿇烦，当P(⽐例环节)，I(积分环节)，D(微分环节)。
传统PID控制是⼀种线性控制，由于其算法简单实⽤，因此在⼯业过程控制中得到⼴泛的应⽤，并且取得了良好的效果四．实验数据分析Ui U09.5 7.4810 7.4711 7.5013 7.4915 7.5117 7.50根据实验数据可知，输⼊电压在9.5V——17V时，闭环调节的实验效果⽐较明显,基本达到了实验的要求。
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。
电力电子应用课程设计详细设计2015
电力电子应用课程设计指导书陈万丁卫红编写淮阴工学院电子与电气工程学院2014年12月一、课程设计目的和任务电力电子技术是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课，本课程设计的目的主要是使学生能系统全面的总结所学过的理论知识，掌握各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路，掌握各变换主电路的构成和工作原理，不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算与选择等。
培养学生分析、解决实际问题的能力。
直流开关电源和逆变电源是目前电力电子领域中发展最快应用最为广泛的两种电力电子变换电路。
本课程设计为体现电力电子技术课程理论和实践的统一，并紧密结合当前大学生就业岗位对电气专业学生的实践能力的要求，本专业的电力电子课程设计以开关电源、逆变电源为主要研究和设计对象，其主要任务是设计和实现一个高频直-直电源和逆变电源，给小功率的直流电机或交流电机调速，或给相应直流和交流负载供电，其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。
二、课程设计的题目及技术指标（具体内容及要求见附录1所示）本课程设计主要根据各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路，各变换主电路的构成和工作原理，不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算与选择等进行设计。
题目安排：1.30W buck电路的设计；2.60W boost电路的设计；3.48W buck/boost电路的设计；4.50W三绕组复位正激变换器设计；5.120W推挽变换器设计；6.25W反激电源的设计；7.三相500W逆变电源的设计；8.100W单相半桥SPWM逆变器的设计；三、设计内容1）阅读相关资料，设计主电路和控制电路，用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图。
2）采购器件，装焊控制电路板。
3）在实验室进行装置调试。
4）设计成果验收。
5）整理设计文件，撰写设计说明书。
设计的成果应包括：用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电路设计过程的详细说明书及焊装和调试完毕的控制电路板。
BUCK电路设计
BUCK电路设计BUCK电路设计是一种降压直流-直流（DC-DC）转换电路，被广泛应用于电子设备中。
其原理是通过控制功率晶体管的导通时间，将高电压输入转换为较低电压输出。
本文将以一种原创的BUCK电路设计为例，详细介绍其工作原理、设计步骤和关键参数。
一、工作原理：BUCK电路利用了电感元件的性质来实现电压降低，通过周期性的开关来控制电感上的电流。
当功率晶体管导通时，电感储存能量，并将电流传递到负载上；当功率晶体管关断时，电感释放储存的能量，维持电流并维持负载的电压。
二、设计步骤：1.确定输入和输出电压：根据实际应用需求，确定BUCK电路的输入电压和输出电压。
输入电压通常较高，仅能提供相对稳定的直流电源；输出电压通常较低，为电子设备正常工作所需的电压。
2.估算输出电流：根据负载特性和功率需求，估算出所需的输出电流。
输出电流大小决定了电感元件和功率晶体管的选型，以保证电路正常运行。
3.计算电感元件的值：根据输出电流的大小，选择适当的电感元件。
电感元件的值决定了电感的储能能力，传导电流的能力和电路的效率。
根据工作频率和输出电流，可以使用下列公式计算电感值：L = (V_in - V_out) * (1 - D) / (f * ΔI_L)其中，L为电感值，V_in为输入电压，V_out为输出电压，D为占空比，f为开关频率，ΔI_L为电感电流的变化幅度。
4.计算输出电容的值：为了减少输出的纹波电压并提供稳定的电压，需要加入适当的输出电容。
根据输出电流变化的速率和滤波要求，可以使用下列公式计算输出电容的值：C = ΔI_out / (f * ΔV_out)其中，C为输出电容的值，ΔI_out为输出电流的变化幅度，ΔV_out为输出电压的变化幅度。
5.设计反馈网络：为了确保输出电压的稳定性，需要设计一个反馈网络来控制占空比。
一般使用电压反馈方式，通过比较输出电压和参考电压，来控制功率晶体管的导通时间和关断时间，以调节输出电压。
BUCK电路的建模
系统建模作业——BUCK电路的建模一．BUCK 电路简介BUCK 电路是一种降压式变换电路，降压变换器输出电压平均值U 0总是小于输出电压U D 通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值。
二．BUCK 电路建模1. BUCK 电路基本结构Va)VVb) c)图1. BUCK 电路基本结构a) Buck 变换器 b)开关处于通态[t ，t+DTs] c)开关处于断态[t+DTs ，t+Ts]2．符号说明1、 输入直流电压(Vg)：2、 输出电压(Vo)：3、 输入电流(Ig)：4、 输出电流(Io)：5、 电感电压(VL)：6、 电感电流(IL)：7、 电容电流(IC)：3. Buck 变换器达到稳态时的电压电流关系当Buck 变换器达到稳态时，电感电压为()()()ss L s0L L T I t T I t V t LT +-==（1）并且()()()()sss ss L L L L ss 11d d d t T t DT t T g o T tt t DT v t V t t V t t V t t V D V T T ++++⎡⎤==+=-⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰ （2） 则结合（1）和（2），其稳态电压传输比为：goV D V = （3）若略去开关损耗，则Buck 变换器的输入输出功率平衡有：g g o o V I V I =，得o g DI I =。
4.大信号模型在开关管处于通态时，即时间在[t ，t+DT s ]区间时，电感两段电压为:()()()()L g d d L o I t V t LV t V t t==- （4）通过电容的电流为：()()()()C d d o og V t V t I t CI t t R==- （5）当开关管处于断态时，即时间[t+DT s ，t+T s ]区间时，电感两端电压为：()()()L d d L o I t V t LV t t==- （6）通过电容的电流为：。
Buck变换器的环路设计(修改)
Buck 变换器的环路设计1．功率级传递函数R1L 1utQ1buck 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。
102103104105-40-2020102103104105-200-150-100-50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。
102103104105-30-20-10010102103104105-100-80-60-40-202． 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。
Buck电路工作原理详解
6.120V 6.41
0.955A
2.353A (50uS 0.5 16.311uS) 2 50uS
0.972A
Buck电路原理分析
图十
蓝色：电感电流 红色：电感电压 绿色：开关驱动 棕色：输出电压
Boost电路 Buck-Boost电路
Boost电路 Buck-Boost电路
T itdt
I AV 0 T
，即在一个周期内电流函数曲线与时间轴所围成的面积除以周期，
为电流的平均值。参照图四电感电流波形，一个周期内面积为
I I I I I I
S Lmin Lmax T D Lmin T Lmax 1 D Lmin T Lmax
2
2
2
所以，平均电流
I I S
图二
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Buck电路原理分析
二、Buck电路工作原理
1、基本工作原理分析
当感开 电关 流管 线Q性1减驱少动，为输低出电电平压时靠，输开出关滤管波关电断容，C储L1放能电电以感及L1减通小过的续电流感二电极流管维放持电，，等电
效电路如图三
N
图三
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T
on
V V o
in
T T on
d
同样，在一个周期对电感电流进行分析：
Io
I Lmax T * D
2T
T
d
Buck电路原理分析
四、外为参数对系统工作模式的影响：
图六
Buck电路原理分析
四、外为参数与系统工作模式的关系：
参考图六，在一个周期对电感电流进行分析：
I I I I T
TD
L min
buck电路设计流程
buck电路设计流程Buck电路设计是一种常用的直流电源电路设计，在各种应用中得到广泛应用。
该设计流程主要包括需求分析、选择元件、电路设计、元件计算、原理图绘制、PCB布局、性能评估和电路调试等步骤。
1.需求分析在进行Buck电路设计之前，首先需要明确设计的目的和需求。
需要确定输入电压范围、输出电压要求、输出电流需求、工作环境条件等参数。
根据需求确定Buck电路的基本设计参数。
2.选择元件选择合适的元件对于Buck电路的性能至关重要。
根据设计需求，选择合适的功率MOSFET、电感、电容和二极管等元件。
在选择元件时需要考虑元件的参数、价格、可获得性、功率损耗以及其它性能要求。
3.电路设计在确定了设计目标和选择了合适的元件后，可以开始进行电路设计。
根据Buck电路的基本原理和工作方式，设计电路的拓扑结构。
通常有两种基本结构，即非同步Buck转换器和同步Buck转换器。
对于不同的应用和需求，选择合适的拓扑结构。
4.元件计算根据设计所需的输出电压、输出电流和工作频率等参数，进行元件的计算。
包括计算电感的大小、电容的容值和二极管的额定电流等。
这些计算可以通过手算或使用Buck电路设计软件进行。
5.原理图绘制根据设计得到的电路图，使用电路设计软件绘制出原理图。
原理图应包括所有的元件和连接线，同时要清晰标注元件的型号和参数。
在绘制原理图时，应该符合电气工程的相关规范和标准。
6.PCB布局根据原理图进行PCB板的布局设计。
合理布局可以有效减少电路中的干扰和噪声，并提高电路的可靠性和性能。
在布局设计时，应注意元件之间的距离、信号线和供电线的走向，以及散热和EMC等因素。
7.性能评估在完成PCB布局后，可以进行性能评估。
可以使用模拟电路模拟器或其他测试工具对设计的Buck电路进行性能测试和仿真。
主要考察电路的输出电压稳定性、效率、纹波和响应时间等指标。
8.电路调试通过对布局好的PCB板进行电路调试，对电路进行实际测试。
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电力电子应用课程设计课题：30W buck电路的设计班级学号姓名专业电气工程及其自动化系别电子与电气工程学院指导教师陈万淮阴工学院电气工程系2015年5月30W buck电路的设计LDCR V Li i u ou +-+-Otg u OtL i maxL i minL i Tont图1 buck 主电路及电感电流波形一、设计目的：图1示出了buck 主电路和电路中关键波形，通过本课题的分析设计，可以加深学生对buck 变换电路的理解，让学生学会分析buck 电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕制，建立硬件电路并进行开关调试；能够加强学生对脉宽调制（PWM ）非隔离电力电子变流电路的理解以及该电路中MOSFET 的驱动电路的设计和调试。
输入：36～75Vdc ，输出：15Vdc/2A二、设计任务：1、分析buck电路工作原理，深入分析功率电路中各点的电压波形和各支路的电流波形；2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级，并给出所选器件的型号，设计变换器输出滤波电感及滤波电容。
3、给出控制电路的设计方案，能够输出一频率和占空比可调的源。
4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试。
三、研究和设计buck电路的意义通过本课题的分析设计，可以加深学生对buck变换电路的理解，让学生学会分析buck电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕制，建立硬件电路并进行开关调试；能够加强学生对脉宽调制（PWM）非隔离电力电子变流电路的理解以及该电路中MOSFET的驱动电路的设计和调试。
四、工作原理Buck变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。
开关管、二极管、输出滤波电容和输出滤波电感构成了它的主电路。
为了分析稳态特性，简化推导公式，特作如下假设（1）开关晶体管、二极管均是理想元件。
也就是可以瞬间导通截止，而且导通时压降为零，截止时漏电流为零。
（2）电感、电容是理想元件。
电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。
（3）输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。
Buck变换器的工作原理：当开关管T导通时，电容开始充电，Ui通过L向负载传递能量，此时，IL增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截止;当T关断时，由于电感电流IL不能突变，故IL通过二极管D续流，电感电流逐渐减小，电感上的能量逐步消耗在负载上，IL>=0,从而可在负载上获得单极性的输出电压。
根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制它的导通和截止，对于NPN晶体管，当基极加入正向信号时，将产生基极电流Ib，基极正向电压升高，Ib也随之升高，Ib也随之升高，达到一定数值后，集电极电流Ic达到最大值，其后继续增加Ib,,Ic也基本不变，这种现象称为饱和。
在饱和状态下，晶体管的集-射极电压很小，可以忽略不计。
因此晶体管的饱和状态相当于开关的接通状态。
当基极加入反向偏压时，晶体管截止，集电极电流Ic 接近于零，而晶体管的集-射极电压接近于电源电压。
晶体管的这种状态相当于开关的断开状态，通常称为截止状态，或称为关断状态。
从Buck 变换器的工作原理可以看出，电感可以工作在电流连续的方式下也可以工作在电流不连续的工作状态。
电感电流连续是指输出滤波电感的电流总大于零，电感电流断续是指在开关管关断期间有一段输出滤波电感的电流为零。
在这两种工作方式之间有一个工作边界，称为电感电流连续状态，即在开关管关断末期，滤波电感的电流刚好降为零。
电流连续时得出：R Em e e R E R E e e I m T t ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1111//101ραρττ；R E m e e R E R E e e I m T t ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=----ραρττ1111//201； 式中，R L /=τ，τρ/T =，E E m m /=，αρττ=⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=T T t t 11/，10I 和20I 分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。
把上式用泰勒级数近似，可得 ()oI RE m I I =-≈≈α2010平波电抗器L 为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。
电流连续时负载电压的平均值为E E TtE t t t U on off on on o α==+=式中，on t 为V 处于通态的时间，off t 为V 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。
负载电流平均值为 RE U I mo o -=电流断续时有01I =0，且t=on t +x t 时，2I =0，可以得出⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-m e m t x αρτ)1(1ln 电流断续时，x t <off t ，由此得出电流断续的条件为11-->ραρe e m输出电压平均值 E m T tt T E t t T E t U xon m x on on o ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=--+=1)(α 负载电流平均值 R E U RE m T t t t i t i T I m o x on t t t t oon x on on -=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰⎰+α021d d 1电流断续时，负载电压uo 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
图2.电流连续时波形五、元器件参数的计算与选取1占空比的范围D=u0/ui 所以0.2<D<0.4162电感电流平均值IL=I0==15/R=2A电感电流线性上升量记D=D1,D2=1-D由于稳态时这两个变化量相等，即ΔiL1=ΔiL2又因为D1+D2=1 ,所以U0=UiD13临界电感Lc注：P0为变换器输出功率P0=I0U0当f=50Hz时，T=20*取电感量L为临界连续电感量Lc的 1.2倍，则L=1.2Lc50=1.2*60=72设纹波电压小于100mv ，纹波电流小于2AC=(1-D)=*(1-0.2)=83取1.2倍的电容C=1.2*83=100Tr: 电压按2倍裕量，电流按1.5倍裕量。
U=75*2=150VITr(on)=I0+0.5ΔIL=2+2=4AITr(arg)=DI0=0.2*2=0.4AD:Vd=75*2=150VId(on)=I0+0.5ΔIL=2+2=4AId(arg)=(1-0.2)I0=1.6A六、实验器件的选择Buck变换器设计指标为输入：36～75Vdc，输出：15Vdc/2A1. 开关管V开关频率50kHz，开关管V截止时，回路通过二极管D续流，MOSET管正向承受电压150V;当占空比D=1时，MOSET管有最大电流，其值为4A，故需要选择集电极最大连续电流Ic>4A,反向击穿电压>150V。
2.二极管D：二极管当占空比D=1时，其承受最大反压150V，而当K趋近1时，其承受最大电流趋近4A，故需要选择Vc>150v,I>4A的二极管。
截止时承受电压150V，流过最大电流4A。
3.电感L：大小72μH，流过电流最大值4A。
4.电容C ：选择电容既要是输出的电压纹波<1%,也不能取得太大，否则电压μ。
变化速度很慢，大小100F5.电阻：因为输出的电压为15V，而输出的最大电流为2A，由欧姆定律R=U0(min)/I 电阻最小取R= 7.5Ω。
七、电路的调试波形输入电压、电流VA 输出电压、电流VA第一组41.60.64 15.3 1.52第二组46.00.56 15.0 1.51第三组51.10.50 15.0 1.51第四组56.00.47 15.0 1.51第五组61.10.44 15.0 1.51第一组输入电压波形DS波形二极管波形输出电压波形第二组输入电压波形DS波形二极管波形输出电压波形第三组输入电压波形DS波形二极管波形输出电压波形第四组输入电压波形DS波形二极管的波形输出电压波形第五组输入电压的波形DS波形二极管波形输出电压波形实验波形和理论波形有差距的原因分析：理论波形是在三个理想假设情况下进行分析的，在假设中各个电气元件都是理想型的。
在Buck电路中的电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器的设计原则是，使输出电压的直流分量可以通过，抑制输出电压的开关频率及其谐波分量通过。
但是，构建一个能够让直流分量通过而且完全滤除开关频率及其谐波分量的完美的滤波器是不可能的，所以，在输出中至少有一小部分是由于开关产生的高频谐波。
八、总结通过本次课程设计不仅是我们回顾了所学过的理论知识，还熟悉各种功率变换电路，学习各变换主电路的构成和工作原理，锻炼我们分析、解决实际问题的能力。
此次我们小组的课题是buck电路的设计，加深了我对buck变换电路的理解，明白理论与实践还是有一定的区别，理解的原理在运用时并不能很熟练，所以在课设过程中出现了一些问题。
当然，通过小组的讨论，向老师请教以及查阅资料终于是完成了此次设计。
此次课程设计让我学到了很多，拓展了上课所学习的知识，提高了我们的实践能力，使我们的学习生活更加充实丰富。
九、参考文献[1] 叶斌.电力电子应用技术.北京：清华大学出版社，2006.[2] 廖冬初，聂汉平．电力电子技术．湖北：华中科技大学出版，2007[3] 王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2005．[4] 何希才．新型开关电源设计与应用．北京：科学出版社，2001[5] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社，1998.[6] 王兆安，刘进军．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2005。