1、开关直流降压电源(Buck)设计课程设计答辩记录:1、 开关元件的选择要考虑那些因素?答:1.开关管的耐压值,2.电流的最大值,3与开关频率有关2、 TL494有几种输出控制方式?TL494有2中输出控制方式,当输出控制(13)引脚接地时,输出控制方式为单端模式,其输出频率等于RC的振荡频率;当输出控制(13)引脚接参考电压时,输出控制方式为推拉模式,输出频率等于RC振荡频率的一半。成绩评定及依据:1. 课程设计考勤情况(20%):2. 课程设计答辩情况(30%):3. 完成设计任务报告规范性(50%):最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定): 指导教师签字: 年 月 日课程设计任务书
2、 20152016学年第一学期学生姓名: 专业班级:电气工程及其自动化14级专升本1班指导教师: 南光群、张智泉、叶天凤 工作部门: 电气与电子信息工程学院 一、课程设计题目: 开关直流降压电源(BUCK)设计二、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14-18V之间。3)输出直流电压11V,输出电压纹波小于2%。4
3、)输出电流1A。 5)采用脉宽调制PWM电路控制。三、进度安排序号名 称时 间1下发设计任务书,布置设计任务和设计要求、设计时间安排。一 天2掌握锯齿波产生电路、电压反馈电路、控制电路的工作原理3掌握稳压电源电路工作原理半 天4绘出原理框图以及各部分电路的详细连接图5学会借用电子线路CAD正确绘制电路图;6掌握焊接技术以及MOSFET、二极管、三极管等器件的检测方法7掌握电路的安装与调试8根据直流稳压电源电路的工作原理设计电路图9了解电子电路板的制作过程10学习电路原理图及印制电路板图的读图方法11掌握稳压开关电源的检测与调试12书写课程设计报告四、基本要求1、独立设计原理图各部分电路的设计;
4、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4纸写出报告。封面、课程设计任务书摘要,关键词(中英文)方案选择,方案论证系统功能及原理。(系统组成框图、电路原理图)各模块的功能,原理,器件选择实验结果以及分析设计小结附录-参考文献 目 录摘 要1Abstract11 方案设计与论证21.1 总体方案的设计与论证21.2 开关管的选择21.3 模拟控制芯片的选择22 系统设计32.1 系统总体组成框图32.2 电路原理图33 功能及器件的选择43.1 主电路
5、元器件的选择43.1.1 电感的选择43.1.2 输出滤波电容的选择53.1.3 MOSFET开关管的选择53.1.4 二极管的选择63.2 PWM控制的设计63.2.1 锯齿波的频率的计算64 仿真分析74.1仿真模型74.2 仿真结果及分析75 实物结果及分析95.1 实物图95.2 实物结果及分析96 设计小结13参考文献14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14V-18V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
6、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,采用模拟PI调节器实现对电路的快速调节作用,使系统稳定工作;TL494采用RC振荡电路来产生锯齿波来作为驱动信号的载波,控制开关管的开关频率。关键字: 降压电源 推挽式放大电路 开关频率AbstractThisPowerelectronicequipmentdesignisusedbyBUCKtocatchthegoalof16V-8VSwitchdcstep-downpowersupplydesign.UseTL494ascontrolchipoutputpulsesignalopening
7、MOStubeandshutoff.InordermakeGpoleSseparate,thisusesapush-pullamplifiercircuit.addition,alsojoinedfeedbacklinkcircuitmoreaccuratestable,PI analog regulator circuit for fast regulation of that system stability;TL494 RC oscillator circuit to generate a sawtooth wave as the carrier drive signal, contro
8、l the switching frequency of the switching tube.KeyWord:supply push-pullcircuit Switching frequency1 方案设计与论证1.1 总体方案的设计与论证方案一:采用低压线性稳压管(LDO)来设计电路。其优点是输出波形稳定,噪音小,所以外部电路比较简单。不足之处在于输入和输出电压的差值不能太大,效率较低,其负载电流相对较小。方案二:采用BUCK降压电路。该电路是负载电流大,效率高,发热小。由于是通过开关管的开通和关断来实现能量的转换,所以纹波和噪音较大,需要较多额电容滤波。但考虑本次设计的需求,所以选择该
9、方案。综上所述,故选择BUCK降压电路。1.2 开关管的选择采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT的功率容量大,但是开关频率较低,同时在关断时存在拖尾电流,需要加一个负电压让IGBT可靠的关断,对驱动电路要求较高。采用电力MOSFET。电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流,因此所需驱动功率小、驱动电路简单;又由于是靠多数载流子导电,没有少数载流子导电所需的存储时间,是目前开关速度最高的电力电子器件,而在本电路中功率不是很大。综上所述,故选择电力MOSFET器件。1.3 模拟控制芯片的选择采用UC3842模拟控制芯片。UC3842是采用峰值电流模式控制的集成PWM控制器,专们用于构成正
10、激型和反激型等开关电源的控制电路。驱动电路的结构为图腾柱结构的跟随电路,其输出峰值电流可达1000mA,可以直接驱动主电路的开关器件,但是在芯片欠压保护后再次启动的电压为16V,在本设计中启动电压较高,故不选择该芯片。采用TL494模拟控制芯片。TL494采用固定频率的PWM波的控制方式可以根据需要选择输出最大占空比和输出的频率,同时也可以根据需要调节死区时间的大小,驱动输出端也可以采用单端模式或者推拉模式,电路的启动电压为7V,最大工作电压为40V,具有较宽的工作电压范围。考虑到实际情况所以在本设计中采用TL494。综上所述,故选择TL494作为模拟控制芯片。2 系统设计2.1 系统总体组成
11、框图系统总体组成框图如图2-1所示。该系统中由BUCK主电路、反馈采样电路、控制电路和驱动电路组成。从而构成了一个电压闭环控制系统。图2-1 系统总体框图2.2 电路原理图总体电路原理图如图2-2所示。图2-2 电路原理图3 功能及器件的选择3.1 主电路元器件的选择3.1.1 电感的选择在进行电感的计算上,首先介绍一个关键参数的说明,称为电流纹波率。它表示电感电流的交流分量与直流分量的几何比例。因此,有 (3-1)上式中为电流纹波,为电感电流直流分量,为交流分量,为平均电感电流。在工程中的取值一般在之间,并且它与特定工况、开关频率、甚至拓扑本身都无关。所以在实际设计中,它一般按0.4取值。在
12、大多数实际应用中,输入电压会在之间的某一范围内变化。因此,还需要知道电流的交、直流分量及其峰值在输入电压变化时如何随之变化。最重要的是:需要知道在此变化范围内,哪个特定输入电压值对应峰值电流最大值。如前所述,峰值电流对于保证电感工作时不发生磁饱和是极其重要的。所以对于电感设计而言,“最恶劣”电压定义为峰值电流达到最大值时所对应的输入电压。该特定电压将用于电感设计或选择。对于降压变压换器,总是优先从(即最小占空比)开始设计电感。在本设计中电压的输入范围为:1418V,输出电压为11V,开关频率为25KHz,输出电流为1A所以对于buck电路而言,需要从(20V)开始设计电感。所以最小占空比为: (3-2)再由公式计算的L为:
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