开关直流降压电源(BUCK)设计

开关电源装置设计与制作报告成绩评定表

指导教师签字：

《电力电子装置设计与制作》课程设计任务书

2014～2015学年第一学期

学生姓名：方革专业班级： 11级电气工程及其自动化一班

指导教师：张智泉南光群工作部门：电气与电子信息工程学院

一、课程设计题目：电力电子装置设计与制作

二、课程设计内容

根据题目选择合适的输入输出电压进行电路设计，在Protel或OrCAD软件上进行原理图绘制；满足设计要求后，再进行硬件制作和调试。如实验结果不满足要求，则修改设计，直到满足要求为止。

设计题目选：

题目一：开关直流降压电源（BUCK）设计

主要技术指标：

1）输入交流电压220V（可省略此环节）。

2）输入直流电压在8-18V之间。

3）输出直流电压5-16V，输出电压纹波小于2%。

4）输出电流1A。

5）采用脉宽调制PWM电路控制。

三、进度安排

四、基本要求

1、独立设计原理图各部分电路的设计；

2、制作硬件实物，演示设计与调试的结果。

3、写出课程设计报告。内容包括电路图、工作原理、实际测量波形、调试分析、测量精度、结论和体会。

4、写出设计报告：不少于3000字，统一复印封面并用Ａ4纸写出报告。

○1封面、课程设计任务书

○2摘要，关键词（中英文）

○3方案选择，方案论证

○4系统功能及原理。（系统组成框图、电路原理图）

○5各模块的功能，原理，器件选择

○6实验结果以及分析

○7设计小结

○8附录---参考文献

目录

1.概述及其方案选择 (1)

1.1 基本要求 (1)

1.2 方案设计 (1)

2.系统功能及原理 (2)

2.1 系统总体框图及电路原理图 (2)

2.2 基本电路 (2)

2.3 主电路 (3)

2.4 控制电路 (4)

3.各模块原理及器件选择 (4)

3.1 电源管理芯片 (4)

3.1.1 TL494芯片主要特征 (5)

3.1.2 TL494 工作原理简述 (5)

3.1.3 TL494 脉冲控制 (5)

3.2 Buck 变换器 (6)

3.2.1 Buck 变换器工作原理 (7)

3.2.2 Buck 变换器的参数计算 (7)

3.3 MOSFET 的选择 (9)

3.4 输出电路 (9)

4.实验结果及其分析 (10)

4.1 实验调试 (10)

4.1.1 整体电路检查 (10)

4.1.2 输出电压反馈回路的检测 (10)

4.1.3 驱动电路的检测 (11)

4.2 实验结果 (12)

4.3 实物照片 (12)

5.设计小结 (13)

开关直流降压电源（BUCK）

1.概述及其方案选择

开关电源是利用现代电子电力技术控制功率器件（MOSFET、三极管等）的导通和关断时间来稳定输出电压的一种稳压电源，具有转换效率高，体积小，重量轻，控制精度高等优点。开关电源与传统线性电源相比有以下区别：

1）开关电源是直流电转变为高频脉冲电流，将电能储存到电感、电容元件中，利用电感、电容的特性将电能按预定的要求释放出来来改变输出电压或电流的；线性电源没有高频脉冲和储存元件，它利用元器件线性特性在负载变化时瞬间反馈控制输入达到稳定电压和电流的。

2）开关电源可以降压，也可以升压；线性电源只能降压。

3）开关电源效率高；线性电源效率低。

4）线性电源控制速度快，波纹小；开关电源波纹大。

1.1 基本要求

输入直流10V，输出8V；开关振荡频率 23.4KHz。

1.2 方案设计

采用MOSFET作为功率转换元件，MOSFET具有压降小，输入电阻高，动态特性好等特点。控制方案采用TL494CJ脉冲宽度调制芯片，极大地简化电路设计，而且该芯片是一种功能非常完善的PWM驱动电路芯片，适用于多数电路，性能稳定，可靠性高，具有很大的现实意义。

2.系统功能及原理

2.1 系统总体框图及电路原理图

图2-1开关直流降压电源原理图

图2-2开关直流降压电源控制框图

2.2 基本电路

开关式稳压电源的基本电路框图如下图2-3所示。

交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。

控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。

图 2-3 开关电源的组成

开关电源中调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态。当输出电压发生变化时，采样电路将输出电压变化量的一部分送到比较放大电路，与基准电压进行比较并将二者的差值放大后送至脉冲调制电路，使脉冲波形的占空比发生变化。此脉冲信号作为开关管的输入信号，使调整管导通和截止时间的比例也发生变化，从而使滤波后输出电压的平均值基本保持不变。

2.3 主电路。

本次课程设计中采用降压式开关电源（BUCK）路如图2-4所示。当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输人的整流电压经VT1和L向C充电，这一电流使电感Ｌ中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极VD1释放电感Ｌ中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。这种电路使用元件少，只需要利用电感、电容和二极管即可实现。