BUCK变换器的研究与设计

摘要

当今消费市场中，便携式电子产品所占比重较大，这种产品要求电池体积小、重量轻、使用时间长。高效、低压开关DC-DC转换器，通过提高电源转换效率及改进控制技术，达到了所需要求，因此被广泛应用于电子产品中。

直流—直流交变器（DC-DC Converter）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。直接直流变流电路为称斩波电路，他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，一般是指直接电变为另一直流电。这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称直-交-直电路。

本次课程设计主要采用直接直流变流电路，由直流稳压电路、BUCK斩波电路以及控制电路三个部分完成BUCK变换器的研究与设计。

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：

题目：BUCK变换器的研究与设计

初始条件：

输入电压：20~30V，输出电压：0-15V，输出负载电流：0.1~1A，工作频率：30KHz，采用降压斩波主电路。

要求完成的主要任务：

1. 直流供电电源设计。

2. 降压斩波主电路设计（包括电路结构形式，全控型器件的选择）并讨论主电

路的工作原理。

3.脉宽调制电路（如SG3525集成PWM控制器）及驱动电路设计。

4. 分析PWM控制原理及波形。

5.提供电路图纸至少一张。

课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。

应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。

时间安排：

2011.1.14～2011.1.15 收集资料，确定设计方案

2011.1.16～2011.1.17 系统设计

2011.1.18～2011.1.19 撰写课程设计论文及答辩

指导教师签名：

年月日

引言 (4)

第一章设计要求与方案 (2)

1.1 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 (5)

3.1 Buck变换器基本工作原理 (9)

3.2 Buck变换器工作模态分析 (9)

3.3 Buck变换器参数设计 (11)

第四章控制电路设计 (13)

4.1控制电路原理 (13)

4.2电路设计 (14)

4.3 PWM控制原理与波形.................................................................. .. (15)

第五章课程设计总结 (17)

参考文献 (18)

附图 (19)

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。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。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。

开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

BUCK降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用BUCK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与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，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BUCK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。

BUCK降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。

第一章 设计要求

1.1 课程设计要求

1、采用降压斩波主电路

2、输入直流电压：20~30V

3、输出电压：0-15V

4、输出负载电流：0.1~1A

5、工作频率：30KHz

1.2 方案确定

电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由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，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。

根据降压斩波电路设计任务要求设计稳压电源、BUCK 电路及控制电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。

图1.1降压斩波电路结构框图

在图1结构框图中，BUCK 电路是用来产生降压斩波电路的，控制电路产生的控制信号传到BUCK 电路，使信号为加在开关控制端，可以使其开通或关断。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作

控制电路

稳 压

电 源

BUCK

电路

负载

输出电压Uo