buck變換電路設計

1、南京工程學院自動化學院電力電子技術課程設計報告 題 目： Buck變換電路的設計 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動化 124 學 號： 203120408 姓 名： 陳 猛 指導教師： 趙 濤 起迄日期： 2014.12.222014.12.26 設計地點： 工程中心4-207 目 錄1 引言2 設計任務及要求2.1設計任務2.2設計內容3 設計方案選擇及論證3.1 控制芯片的選擇3.2 驅動芯片的選擇4 總體電路設計 5 功能電路設計5.1 主電路的設計5.2 驅動電路的設計5.3 控制電路的設計5.4 輔助電源的設計6 電路仿真與調試7 設計總結8 參考文獻BUCK變換電路設計1 引言本次

2、電力電子裝置設計與制作，利用Buck降壓斬波電路，使用TL494作為控制芯片輸出脈沖信號從而控制MOS管的開通與關斷。為了將MOS管G極和S極隔離，本設計采用了集成的驅動芯片。另外本設計還加入了反饋環(huán)節(jié)，利用芯片自身的基準電壓與反饋信號進行比較來調節(jié)輸出脈沖的占空比，進而調整主電路的輸出電壓維持在一個穩(wěn)定的電壓狀態(tài)。根據(jù)降壓斬波電路設計任務要求設計主電路、控制電路、驅動及保護電路。2 設計任務及要求2.1設計任務： 設計一降壓斬波電路，采用BUCK電路。輸入直流電源：DC1830V，輸出電壓為輸入電壓50%100%可調： 輸出額定電流2A， 電流峰峰值不大于0.5A， 輸出電壓紋波不大與5%。

3、 2.2設計內容： 1） 主電路的設計，器件的選型，電感和輸出電容的選擇； 2） 驅動電路、檢測電路和保護電路設計； 3） 輔助電源設計，要求提供 DC15V 驅動電源和 5V 控制電源； 4） 控制電路的設計，不同頻率、不同脈寬 PWM 波的實現(xiàn)。 5） 制作驅動和主電路； 6）利用提供的控制信號，完成 BUCK 電路的驅動和主電路和調試。3 設計方案選擇及論證3.1 控制芯片的選擇方案一：采用SG3525芯片。它是一款專用的PWM控制集成電路芯片，它采用恒頻調寬控制方案，內部包括精密基準源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。方案二：采用TL494芯片。它是一種固定頻率脈

4、寬調制電路，主要為開關電源電路而設計，在開關電路中比較常見。綜合對芯片的熟悉程度以及考慮到本次設計是比較小的手工制作電路，所以選擇TL494最為合宜。3.2驅動方式的選擇由于老師提供的電力電子器件為IRF540，為MOS管。主電路中只有一個MOS管需要控制開關。方案一：采用光耦隔離加放大電路驅動，這是一種常用方法，優(yōu)點是電路比較成熟，但光耦次級需要隔離電源，由于光耦的速度不是很快，工作頻率不能太高，并可能降低電源的瞬態(tài)響應速度。方案二：IR2103是一個集成的半橋驅動芯片，能夠同時控制2個受控器件。它的脈沖質量好，工作頻率高，體積較小。且電源與控制芯片同為15V，這樣不用額外設計輔助電源。它對

5、3.3V，5V和15V的邏輯兼容，我們選擇的控制芯片TL494輸出的邏輯高電平為15V。4 總體電路設計根據(jù)降壓斬波電路設計任務要求設計主電路、控制電路、驅動電路及輔助電源電路，設計出降壓斬波電路的結構框圖如下圖所示： 控制電路驅動電路輔助電源電源主電路原理框圖在結構框圖中，控制電路是用來產生BUCK電路的控制信號，控制電路產生的控制信號傳到驅動電路，驅動電路把控制信號轉換為加在MOS管控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號。通過控制MOS的開通和關斷來控制降壓斬波電路的主電路工作。5功能電路設計5.1主電路的設計電感計算：由于產生脈沖的芯片相應R1K歐姆，C0.01F.則芯片產生的脈沖

6、頻率為f=1.1/(RC).計算得f=110KHZ.在電感充放電一個周期內： 得 開通時 對于BUCK電路，開通時， D=Uo/Ui. T=1/fi=0.5A所以 故計算得出 電容計算：根據(jù)公式 解得 本設計取 L=0.2mH, C=2F在主電路中添加了接口，用來輸入直流電壓，和方便數(shù)據(jù)測量。圖15.2 驅動電路的設計IR2103是一個集成的半橋驅動芯片，能夠同時控制2個受控器件。它的脈沖質量好，工作頻率高，體積較小。且電源與控制芯片同為15V，這樣不用額外設計輔助電源。它對3.3V，5V和15V的邏輯兼容，可以同時驅動兩個MOS管，我們這里只需使用一個驅動口，再接入門極前串聯(lián)一個100的電阻

7、。根據(jù)器件手冊進行接線:圖25.3 控制電路的設計TL494控制芯片是一個固定頻率的脈沖寬度調制電路內置線性鋸齒波振蕩器振蕩頻率可通過外部的電阻R T和電容C T來進行。其振蕩頻率 為 ,R=1K歐姆，C0.01F.計算得。芯片14腳輸出基準電壓通過電阻分壓進入15號腳作來與16號反饋信號進行比較的基值。從主電路輸出端引出的反饋信號即16號腳，與15號腳的基值進行比較，從面調節(jié)8號腳和11號腳輸出的脈沖信號的占空比，從而達到調節(jié)MOS管的開通與關斷的頻率與時間，最終實現(xiàn)輸出端輸出理想的穩(wěn)定的電壓值。圖35.4 設計穩(wěn)壓直流電源15V和直流電壓100V由于只提供直流電壓DC:1830V，而控制芯

8、片TL494和驅動芯片IR2103需要15V的工作電壓。用三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓成15V的電壓輸出。其中變壓器匝數(shù)比為220V/24V,電容C1=100uF并且耐壓50V，三端集成穩(wěn)壓器型號為7815。圖46 電路仿真與調試電路仿真選擇MATLAB軟件，該軟件功能強大，具有專門的電力電子仿真模塊SimPowerSystem。根據(jù)之前計算結果L=2e-4H, C=2e-6F, 工作頻率f=110kHz,所以T=9.1e-6S, 占空比選擇D=50%。輸出波形：（從上到下依次為PWM波形，受控器件波形，電感電流，負載電壓）其中電感電流和負載電壓如下： 經(jīng)過放大：由上圖可知符合設計任務： 輸出額定電流2

9、A， 電流峰峰值不大于0.5A， 輸出電壓紋波不大與5%。 7 實驗總結回顧此次電力電子裝置課程設計的一個星期，我感慨很多。從理論到時踐，我們遇到了很多困難，但是同時也學到了好多東西。它不僅鞏固了以前所學的理論知識，更是學到了很多課外的東西，鍛煉了我們解決實際問題的能力。在此次課程設計過程中，我們遇到的問題還是很多的。剛開始拿到這個題目時，不知道如何下手，課本上涉及這部分的原理知識比較少，光靠自己所學的知識根本解決不了，于是我們小組去圖書館以及網(wǎng)站找了很多資料，學習了很多課本上沒有的東西，感覺特別充實。然后在做設計的過程中我們學到了很多東西，也覺得知識掌握得不夠牢固，以后還要努力。通過這次課設，也鍛煉了我們將理論知識運用到實際中的能力，受益良多。雖然現(xiàn)在的設計題目比較簡單，但通過課程設計的學習工作，使我和組員接觸了很多新的知識，也讓我們對這門課有了更深的了解，培養(yǎng)了我們求真務實的態(tài)度。8 參考文獻1 王兆安，劉進軍.電力電子技術（第五版）M.北京:機械工業(yè)出版社.2009 2 何亮,方宇,李吉,邢巖.峰值