BUCK变换器的研究与设计解决方案 .pdfVIP

BUCK变换器的研究与设计

1总体分析与解决方案

1.1问题的提出与简述

电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许

多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、

数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用

电相结合。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。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。

直流斩波电路（DCChopper）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，也称为直接直流—直流变换器（DC/DCConverter）。直流斩

波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流

的情况，直流斩波电路的种类较多，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。

利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，

桥式可逆斩波电路等，利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重

斩波电路。

其中IGBT降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT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

GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，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IGBT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，因此发展很快。

直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块，

驱动电路模块，除了上述主要模块之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，

以及控制电路与主电路的电气隔离。IGBT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。但以IGBT

为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问；

2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中IGBT的驱

动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，

大大简化了脉宽调制器的设计及调试。

1.2设计目的及解决方案

任务的要求是需要设计一个输出为20~30V的直流稳压电源，此部分内容由

以前所学模拟电路知识可以解决。然后对降压斩波主电路进行设计，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三章，所选着的全控型器件

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。电路需要使输出电压恒定为15V，

采用电压闭环，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。得到电路的原理框图如下：

图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，其原理框图如下所示：

图2直流稳压电源原理框图

图3直流稳压波形图

电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要

P

2

的交流电压U2。电源变压器的效率为：，其中：P是变压器副边的功率，

P2