电力电子专业课程设计BUCK变换器设计.docx
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电力电子专业课程设计BUCK变换器设计
引言2
第一章设计规定与方案.......................................................................................2
1.1课程设计规定.............................................................................................2
1.2方案拟定.....................................................................................................3
第二章直流稳压电源设计..................................................................................3
2.1设计规定......................................................................................................3
2.2直流稳压电源原理描述.............................................................................4
2.3设计环节及电路元件选取.........................................................................5
第三章Buck变换器设计..................................................................................6
3.1Buck变换器基本工作原理.......................................................................6
3.2Buck变换器工作模态分析.......................................................................7
3.3Buck变换器参数设计..........................................................................10
3.3.1Buck变换器性能指标..................................................................10
3.3.2Buck变换器主电路设计..............................................................10
第四章控制电路设计.........................................................................................12
4.1直流—直流变换器控制系统原理..........................................................12
4.2控制电路设计...........................................................................................14第五章课程设计总结.........................................................................................17参照文献..................................................................................................................18附设计全图..............................................................................................................18
08电气一班潘维30151402
引言
随着电力电子技术高速发展，电子系统应用领域越来越广泛，电子设备种类也越来越多。
电子设备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，重量轻和效率高长处而在各种电子信息设备中得到广泛应用。
随着着人们对开关电源进一步升级，低电压，大电流和高效率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原则化。
DC/DC变换是将固定直流电压变换成可变直流电压，也称为直流斩波。
斩波电路重要用于电子电路供电电源，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一种电路，是用BUCK作为全控型器件降压斩波电路，用于直流到直流降压变换。
IGBT是MOSFET与双极晶体管复合器件。
它既有MOSFET易驱动特点，又具备功率晶体管电压、电流容量大等长处。
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畴内，故在较高频率大、中功率应用中占据了主导地位。
因此用BUCK作为全控型器件降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大长处。
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辽阔发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展趋势，增进了IGBT降压斩波电路发展。
第一章设计规定与方案
1.1课程设计规定
1、采用降压斩波主电路
2、输入直流电压：
10~14V
3、输出电压：
5V
4、最大输出负载电流：
2A
5、输出功率：
10W
1.2方案拟定
电力电子器件在实际应用中，普通是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心主电路构成一种系统。
由信息电子电路构成控制电路按照系统工作规定形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件导通或者关断来完毕整个系统功能，当控制电路所产生控制信号可以足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。
依照降压斩波电路设计任务规定设计稳压电源、BUCK电路及控制电路，设计出降压斩波电路构造框图如图1所示。
图1.1降压斩波电路构造框图
在图1构造框图中，BUCK电路是用来产生降压斩波电路，控制电路产生控制信号传到BUCK电路，使信号为加在开关控制端，可以使其开通或关断。
通过控制开关开通和关断来控制降压斩波电路主电路工作。
第二章直流稳压电源设计
2.1设计规定
设计一个输出电压在10~14V可调串联型直流稳压电源，将市电
（220V/50HZ）交流电）经电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路后转变为
10~14V直流稳定电压。
2.2直流稳压电源原理描述
电子设备普通都需要直流电源供电。
这些直流电除了少数直接运用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电直流稳压电源。
图2.1直流稳压电源框图
图2.2单向桥式整流电路
图2.3电容滤波电路
图2.4具备放大环节串联型稳压电路
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四某些构成，其原理框
图如图2.1所示。
电网供应交流电压U1（220V,50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要交流电压U2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化脉动电压U3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直直流电压UI。
但这样直流输出电压，还会随交流电网电压波动或负载变动而变化。
在对直流供电规定较高场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
图2.2,2.3,2.4串联起来就构成了具备放大环节串联型稳压电源电路图，其整流某些为单相桥式整流、电容滤波电路。
稳压某些为具备放大环节串联型稳压电路，它由调节元件（晶体管Q1，Q2构成复合管）；比较放大器（集成运放A）；取样电路R2、R4、R3，基准电压DZ、R1等构成。
整个稳压电路是一种具备电压串联负反馈闭环系统，其稳压过程为：
当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压一某些送入比较放大器，
并与基准电压进行比较，产生误差信号经比较放大器放大后送至调节管基极，使调节管变化其管压降，以补偿输出电压变化，从而达到稳定输出电压目。
2.3设计环节及电路元件选取
设计过程采用模块化进行，先依次设计好各模块电路及仿真无误后，再将它们串联起来构成总电路图如下图2.5所示：
图2.5直流稳压电源电路
电路元件选取：
1：
Ui拟定
Ui=Uo+Uce，因为Uomax=14V,Uce>Uces=1~2V，取Uces=2V，所以
Ui=Uomax+Uces=16V;
2:
调节管选取
Ucemax=Ui-Uomin=16-10=6V，承受反向电压应不不大于6V;;
3：
稳压二极管Dz选取
Uz不大于等于Uomin=10V,取Uz=2V，Iz=1~10mA；
4：
电阻R1选取
UR1=Ui-Uz=16-2=14V,IR1取10mA，R1=UR1/IR1=1.4kΩ,R1取1.5kΩ;
5：
集成运放选取由于本电路对集成运放规定不高，因此选用通用型集成运放；
6：
滤波电容C1选取
为提高滤波效果，C1取1000uf电解电容；
7：
取样环节电阻R2，R3，R4拟定
Uomax=（R2+R3+R4）*Uz/R3
Uomin=（R2+R3+R4）*Uz/（R3+R4）
其中R4为最大阻值为100Ω滑动变阻器，Uz=2V，Uomax=14V,Uomin=10V,联立方程，可求得R2=1400Ω,R3=250Ω;
8：
U2及变压器拟定
对于全波整流电路，Ui=1.2U2,因此U2=Ui/1.2=13.33V，220V/13.33V=16.5，故选用变比为15：
1变压器；
9：
整流二极管选取选取抱负整流器。
第三章Buck变换器设计
3.1Buck变换器基本工作原理
Buck电路（BuckChopper），即降压斩波电路，属直流斩波电路一种，和
升压斩波电路构成直流斩波电路最基本两种电路。
直流斩波电路功能是将直
流电变为另一固定电压或可调电压直流电，也称为直接直流-直流变换器。
降压斩波电路典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
如下图3.1所示，电路中使用一种全控型开关器件Q，开关管Q由开关脉冲信号驱动，脉冲信号来自脉冲信号控制电路，脉冲信号周期T保持不变，而脉冲宽度ton可变化，这样便可以调节导通占空比，进而变化输出电压。
为了在开关管关断时给负载中电感电流提供通道，设立了续流二极管D。
当晶体管导通时，若忽视其饱和压降，输出电压UO等于输入电压；当晶体管截止时，若
忽视晶体管漏电流，输出电压为
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