BUCK变换器的研究与设计---武汉理工大学.doc

目录 摘要 2 1 设计目标与解决方案 3 1.1 设计目标 3 1.2 解决方案 3 2直流稳压电源设计 4 2.1 电源设计原理 4 2.2参数计算 4 3降压斩波主电路设计 5 3.1 BUCK电路工作原理 5 3.2 电路分析 7 3.3 主电路参数讨论 9 3.3.1 占空比D 9 3.3.2 滤波电感Lf 9 3.3.3 滤波电容Cf 10 3.3.4 IGBT的选取 11 3.3.5 续流二极管D的选取 11 4控制电路原理与设计 11 4.1 PWM控制的基本原理及波形 11 4.2 SG3525控制电路设计 13 5驱动电路原理与设计 14 6小结与体会 16 参考文献 17 附录 18 摘要 直流-直流变流器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。直接直流变流电路称为斩波电路，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，这种情况下输入与输出之间不隔离，本次实验主要研究降压变压器。 首先要产生要求的直流电源，可根据降压变压器的原理，使该交流电通过变压器、二极管进行整流，再通过滤波电路进行滤波得到所需的稳定电压。斩波电路使用全控型器件IGBT,通过控制IGBT的通断来实现降压变流。IGBT的驱动电路使用芯片EXB841，通过改变占空比来调节输出电压。SG3525系列脉宽调制器控制电路产生PWM控制信号，所谓PWM控制就是依靠脉冲宽度的改变来控制输出电压的大小，通过改变周期的大小来控制开关频率。 关键词： 降压斩波电路 直流电压源 PWM脉宽调制 BUCK变换器的研究与设计 1 设计目标与解决方案 1.1 设计目标 设计一个BUCK降压变换器，其输入电压为20~30V，输出电压为15V，输出负载电流范围0.1~1A，工作频率为50KHz(2%，输出纹波电压≤100mv。报告要求包括直流供电电源设计、降压斩波主电路设计、脉宽调制电路设计、分析PWM控制原理及波形。 1.2 解决方案 根据本实验的要求需要设计一个输出为20~30V的直流稳压电源，此部分内容先由降压变压器对电压进行控制，然后采用桥式整流电路将交流转化为直流，然后将直流进行滤波及稳压，输出得到恒定电压为20~30V的直流电压源，此输出可作为降压斩波主电路的输入。利用降压斩波电路进行设计，所涉及电力电子原理知识的直流斩波部分，可以参见所学课本第五章，所选用的全控型器件为IGBT。任务还需要通过PWM方式来控制IGBT的通断，查阅相关资料，需要使用脉宽调制器SG3525来产生PWM控制信号。将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生PWM信号，达到负反馈稳定控制的目的。将电路进行仿真得到相关波形，与理论得到的结果相比较，并进行相关调试，获得最佳效果，总电路原理框图如图1-1所示。 图1-1 总电路原理框图 2直流稳压电源设计 2.1 电源设计原理 小功率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，其原理框图如图2-1所示： 图2-1 直流稳压电源原理框图 稳压电源如下图2-2所示，用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压U2的有效值的关系为：；在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：；流过每只二极管的平均电流为： ，其中R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足： , 其中T = 20ms 是50KHz 交流电压的周期。 图2-2 直流稳压电源电路图 2.2参数计算 确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压和滤波电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。依据上述设计步骤，对本次课程的直流电源进行设计，输出电压为。最大输出电流假设为1A,则由可知： 变压器副边电流： 因此，变压器副边输出功率：。 由于变压器的效率，变压器原边输入功率 ，所以选用功率为300W的变压器。 再选用整流二极管和滤波电容，由于：， 。IN4004 的反向击穿电压，额定工作电流，故整流二极管选用IN4004。由于电路对纹波无要求，而电容的耐压要大于，故滤波电容C取容量为500μF，耐压为300V的电解电容。 3降压斩波主电路设计 3.1 BUCK电路工作原理 图3-1 BUCK降压电路图 降压斩波电路（Buck Cho