BUCK电路的课程设计(DOC)

1开关直流降压电源（BUCK）设计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16V-8V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。关键字：BUCK型转换器，降压电源，TL494，推挽式放大电路。AbstractThisPowerelectronicequipmentdesignisusedbyBUCKtocatchthegoalof16V-8VSwitchdcstep-downpowersupplydesign.UseTL494ascontrolchipoutputpulsesignaltocontroltheopeningofMOStubeandshutoff.InordertomaketheMOStubeGpoleandSpoleseparate,thisdesignusesapush-pullamplifiercircuit.Inaddition,thedesignalsojoinedthefeedbacklinktomakethecircuitmoreaccurateandstable.Keyword:BUCKtypeconverter,Step-downpower,TL494,Push-pullamplifiercircuit.2目录摘要.............................................................................................................1Abstract......................................................................................................11.方案论证与比较.....................................................................................31.1总方案的设计与论证...................................................................31.2控制芯片的选择...........................................................................31.3隔离电路的选择...........................................................................32.BUCK电路工作原理............................................................................43.控制电路的设计及电路参数的计算...................................................63.1TL494控制芯片.............................................................................63.2电路参数的计算...........................................................................73.2.1电感值的计算.......................................................................73.2.2线圈圏数计算......................................................................74.实验结果以及分析...............................................................................74.1实验结果........................................................................................7设计小结.....................................................................................................9参考文献....................................................................................................931.方案论证与比较1.1总方案的设计与论证方案一：LDO也就是低压差线性稳压管来设计电路。其优点是输出波形稳定，噪音小，所以外部电路比较简单。缺点是输入和输出电压不可以很大，效率比较低，其负载电流相对比较小。方案二：使用BUCK型转换器。优点是负载电流大，效率高，发热小。缺点是通过MOS管的开关来实现电源的转换，所以其纹波比较大，噪音大，需要很多电容为其滤波，并且开关过程中会产生干扰信号。但综合我们的设计目的，需要大负载，大压差，高效率，小发热的电路。故优选BUCK型电路。1.2控制芯片的选择方案一：选择MC34063控制芯片。该器件本身包含了DC／DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC／DC变换器仅用少量的外部元器件。主要应用于以微处理器(MPU)或单片机(MCU)为基础的系统里。方案二：采用TL494芯片。它是一种固定频率脉宽调制电路，主要为开关电源电路而设计，在开关电路中比较常见。综合对芯片的熟悉程度以及考虑到本次设计是比较小的手工制作电路，所以选择方案二最为合宜。1.3隔离电路的选择方案一：采用光耦隔离的优点是：占空比任意可调；隔离耐压高；抗干扰能力强，另外，光耦属电流型器件，对电压性噪声能有效地抑制；传输信号范围从DC到数MHz,其中线性光耦尤其适用于信号反馈。其缺点是：在全桥拓扑中，开关器件为4个，需3—4个光耦，而每一光耦都需独立电源供电，增加了电路的复杂性，成本增加，可靠性降低；因光耦传输延迟较大，为保证开关器件开通与关断的精确性，必须使各路的结构参数一致，使各路的延迟一致，而这往往难以做得很好；光耦的开关速度较慢，对驱动脉冲的前后沿产生较大延时，影响控制精度。方案二：采用推挽式放大电路进行隔离。这是一种常用的隔离方式，对于小型手工电路板来说性价比比较高，而且很方便。综合二者性能，本次设计选择方案二。42.BUCK电路工作原理图1.BUCK电路图降压斩波电路（BuckChopper）的原理图如上所示。该电路使用MOS管作为开关。在上图中，为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。若负载中无反电动势时，只需令Em=0。电路的工作波形如下所示：图2.电流连续时波形图由图6中的V的栅射电压GEU波形可知，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压0U=E，负载电流0i按指数曲线上升。当t=1t时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压0U近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串接L值很大的电感。至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。当电路工作与稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为；式中，ont为V处于通态的时间；offt为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比。由此式知，EETtEtttUonoffonon05输出到负载的电压平均值0U最大为E，若减小占空比，则0U随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。负载电流的平均值为，若负载中的L值较小，则在V关断后，到了2t时刻，如图7所示，负载电流已衰减至零，会出现负载电流断续的情况。由波形可见，负载电压0U平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：1）保持开关周期T不变，调节开关导通时间ont，称为脉冲宽度调制（PWM方式）。2）保持开关导通时间ont不变，改变开关周期T，称为频率调制。3）ont和T都可调，使占空比改变，称为混合型。本次设计电路采用PWM方式控制IGBT的通断。图3.电流断续时波形以上的电压电流关系还可以从能量传递关系简单地推得。由于L为无穷大，故负载电流维持为0I不变。电源只在V处于通态时提供能量，为ontEI0。从负载看，在整个周期T中负载一直在消耗能量，消耗的能量为)(2TIETRIoMo。一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即：TIETRItEIoMoon20则：与上述结论一致。在上述情况中，均假设L值为无穷大，且负载电流平直。在这种情况下，假设电源电流平均值为1I，则有：REUIM00ooonIITtI1REEIM06其值小于等于负载电流oI，由上式得即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。图4.系统电路图3.控制电路的设计及电路参数的计算3.1TL494控制芯片TL494控制芯片是一个固定频率的脉冲宽度调制电路内置线性锯齿波振荡器振荡频率可通过外部的电阻RT和电容CT来进行。其振荡频率为RCf1.1,R=4.7K欧姆，C＝103.计算得KHZf4.23。图5.TL494脉冲宽度调制电路芯片14脚输出基准电压通过电阻分压进入15号脚作来与16号反馈信号进oooIUEIEI17行比较的基值。从主电路输出端引出的反馈信号即16号脚，与15号脚的基值进行比较，从面调节8号脚和11号脚输出的脉冲信号的占空比，从而达到调节MOS管的开通与关断的频率与时间，最终实现输出端输出理想的稳定的电压值。本次设计选择输入16V，输出8V。3.2电路参数的计算3.2.1电感值的计算由于产生脉冲的芯片相应R＝4.7K欧姆，C＝103.则芯片产生的脉冲频率为f=1.1/(RC).计算得f=23.4KHZ.在电感充放电一个周期内：SLSTITi21得iIL2开通时oiUUdtdiLLtUUioi/)(对于BUCK电路，开通时，D=Uo/Ui.sonDTt所以LsoiIDTUUL2/)(故计算得出LH853.2.2线圈圏数计算由公式：，可得匝数N＝10圈4.实验结果以及分析4.1实验结果图6.输入电压8图7.5号脚输出的锯形波图8.电感两端的电压图9.8号脚和11号脚输出的脉冲图10.输出电压测试分析：电路测试一切正常，波形满足要求且比较稳定，输出电压纹波小于2%，输出电流1A。只是电感值可能没有考虑实际情况选择偏小，使得电路输出无法带动大的电阻，这是本次设计比较遗憾的地方。9设计小结回顾此次电力电子装置课程设计的两个星期，我感慨很多。从理论到时践，我遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。它不仅巩固了以前所学的理论知识，更是学到了很多课外的东西，锻炼了自己解决实际问题的能力。在此次课程设计过程中，我遇到的问题还是很多的。刚开始拿到这个题目时，不知道如何下手，课本上涉及这部分的原理知识比较少，光靠自己所学的知识根本解决不了，于是我去图书馆以及网站找了很多资料，学习了很多课本上没有