基于UC3842的buck降压电路的设计
电力电子课程设计
班级：2012级电气工程及其自动化
姓名：和健
学号：1205230209
时间: 2013 13-2014年第二学期第17-18周
指导老师：李艳
成绩：
绪论
1.设计题目
2.设计目的
3.硬件设计
3.1芯片介绍
3.2原理图介绍
4.数据处理
4.1数据测量
4.2波形测量5．实物连接图6．总结心得
电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛的应用。开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，系统响应慢，很难达到较高的线形调整率精度，后者，较电压控制型有不可比拟的优点。
1、设计题目
基于UC3842的buck降压电路的设计
2、设计目的
尝试使用UC3842芯片矩形波输出驱动MOS管，来实际应用于电力电子课本中BUCK降压电路的设计。
3、硬件设计
采用TI公司生产的高性能开关电源芯片UC3842，结合外围电路（振荡电路，反馈电压，电流检测电路）来控制占空比，振荡频率，电压，从而控制PWM输出波形。利用芯片输出PWM电压来驱动BUCK降压电路关键原件MOS管IRF840的通断，实现降压电路降压功能。
3.1芯片介绍
3.2原理图介绍
3.2.1 利用3842相关知识设计出下面MOS管IRF840驱动电路
参数设置
R1=88KΩR2=4.7KΩR3=3KΩ
RT1、RT2、RT3为可调电阻
CT为可变电容
电路分析：
RT1、CT与3842芯片4脚连接的OSC 组成电路中最重要的控
制电压输出频率的振荡电路。调节RT1或CT大小可在示波器上明显观测出PWM输出波形频率变化。（RT1=5.2KΩ,CT独石电容为2.2nF）
由芯片资料介绍得出
f=1.8/（RT1*CT）=1.8/(5.2*10^3 *2.2*10^-9)=17.482KHZ
周期T=5.7us
占空比= t开/T=1.2/3.0=0.36
PWM输出波形
1脚为误差放大器输出端。
2脚为监测反馈电压输入端，此电路中采用分压电路串可调电阻，由VFB端输入的反馈压与内置2.5v电压比较误差电压用于可调脉冲宽度。即调节PWM的占空比。
3脚用NPN8050三极管接可调变阻组成过流保护。
6脚输出去控制PWM输出，进而控制MOS管通断即可控制降压过程。
BUCK DC-DC降压电路原理图
分析电路
T0时刻导通三极管，电源E向负载供电。T1时刻关闭三极管。至一个周期结束，重复该导通关闭过程，当电路处于稳定过程中，负载电流在一个周期内初始值和终值相等。所以负载电压的平均值
Uo=t开/（t开+t关)=(t开/T)*E
t开/T的值为占空比、T为PWM矩形波周期
由上式知：控制输出电压只要控制PWM的占空比，结合UC3842 的整体电路图
该降压电路采用电力电子实验报告中BUCK降压电路实验原图。
其中输入采用DC19.89V，开关管选用MOS IRF840,
R1=470Ω，L=200uH, 二极管选用IN4007，电容为220uF，负载采用20Ω/20W的水泥电阻。
综合3842芯片驱动电路和BUCK DC-DC降压电路可得出：基于UC3842的buck降压电路
整体电路分析：
BUCK降压电路MOS开关管采用UC3842芯片6脚输出的PWM矩形波驱动，利用开关管通断的特性，电感的储能，电容的稳压，二极管的断间续流功能，实现电路的降压功能。
4、数据处理
4.1数据测量
UC3842芯片的驱动电压
BUCK DC-DC 电路的输入电压
PWM矩形波
输出电压
f=1.8/（RT1*CT）=1.8/(5.2*10^3 * 2.2*10^-9)=17.482KHZ
占空比= t开/T=1.2/3.0=0.36
输出电压Uo=t开/（t开+t关) =(t开/T)*E=0.36*19.89V=7.2V 3842各引脚输出波形如下
1脚输出波形，误差放大器输出，改变2脚输入电压（即调节分压电阻）即可改变1脚输出。当2引脚输入电压小于2.5V，1脚输出为峰值电压为7.5V左右的电压波形
当2引脚输入电压大于2.5V，1脚输出为峰值电压为2.5V左右的电压波形
2脚为反馈电压输入脚，与外接分压电阻相连。
调节该分压电阻值，即可改变6脚输出矩形波的占空比。
3脚为电流检测脚，与SS8050 PNP三极管e极相连相连，由4脚可调电阻，电容电流控制b极电流，然后经三极管放大，连接电阻RT2，即可测出电压。如果电压大于1V关断6脚输出，进而控制MOS开关管通断。
4脚为RC OSC振荡电路可调电阻RT1输入端，改变RT1 、CT的值即可根据f=1.8/（RT1*CT）公式计算所需要的6脚输出电压频率，即控制内部振荡器的工作频率。
6脚为输出脚，驱动MOS开关管的通断
7脚为外部电源输入脚，芯片最小驱动电压为16V，该电路采用19.89V直流电压。
8脚为芯片5v基准电压输出，最大输出电流50mA。本电路设计中振荡电路，电压反馈电路，电流检测电路都采用该基准电压。
降压电路输出波形
给负载端加20欧/20W的水泥电阻，测量输出波形，从波形上看，实际输出电压为4.3V。
5．实物连接图
6、总结
通过利用3842芯片自行设计出矩形波输出电路，利用电力电子实验报告的BUUCK DC-DC降压电路，实现对20V电压的可控降压电路设计。
通过这次的电力电子设计，让我再一次深深理解到使用芯片的流程，必须要了解芯片的个各引脚功能，其次要弄懂芯片内部结构，然后借鉴已有的电路原理设计，自行设计出电路图。
当然，通过此次课程设计中查阅大量的资料文献，我掌握了相当一部分关于PWM波控制输出相关知识，比如，振荡电路等，波形观测，计算。也弄懂了关于降压电路的许多知识，基本上把电力电子课
本上的相关知识了解的很扎实。
DC-DC升降压电路的几种个人方案
DC-DC升降压电路的几种解决方案 （成都信息工程学院科技创新实验室） WOODSTOCK 前一段时间，本着学习的态度参加了TI杯校赛，做了其中的一个直流升降压的题，作品没做的很好，但是在准备期间，我对各种可行电路都做了尝试，一些心得拿出来与大家分享，也望各路大侠对不妥之处不吝赐教。 我们在实际应用中，经常会出现系统中各个模块供电不统一，或者供电电源的电压时变化的（比如汽车中的电池电压受温度影响而变化），在只有一个电源提供供电的时候，同时 可以升压或降压的电路就变得非常有用。下面，来看一下我想到的几种升降压问题的解决方 案。 非隔离式开关电源的基本电路一般有三种：Buck降压电路、Boost升压电路、Buck-boost 极性反转升降压电路。要实现同时升降压功能，首先想到的肯定是Buck-Boost极性反转电 电路。 图表1 极性反转电路原理示意 这种拓扑结构的电路能够输出与输入相反的、可以比输入电压更高或者更低的电压，并且整 体的效率也很高。但缺点也很明显：一就是极性相反，当输入电压是正压且要求输出也是正的时候，我们还要对输出电压进行反向，这就是一件很麻烦的事；但是，有时我们需要的就 是负压的时候，这个缺点又会有一种很大的用处。缺点二就是，这种拓扑结构电路的电流脉 动值很大，输出滤波不好处理。在实际制作中，我选择了用TI的Buck型降压芯片TPS5430
来做开关管以及驱动的部分，更方便控制，简化了电路。还有一个缺点是，这种电路不方便 数控，而且没法直接用AD采输出电压。下面这个是我做的一个控制TPS5430反馈的电路。 常见的来解决这个问题的还有另外一种电路，就是把boost电路和buck电路结合起来。 但是怎样结合？方法有很多种。 第一种，直接拼接。比如输入电压时5-12V,输出电压要10V,那么我们就可以使用升压 电路将输入电压统一升到13V，然后再使用电压可调节的降压电路来提供输出电压。在做这个方案时，我升压用了TI的TPS61175输入范围是3-18V，输出范围是3-65V，最大输出电流时3A。降压同样用了TPS543O 图表3 TPS5430降压电路
buck降压升压电路知识
Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。 开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。 LDO的特点： ①非常低的输入输出电压差 ②非常小的内部损耗 ③很小的温度漂移 ④很高的输出电压稳定度 ⑤很好的负载和线性调整率 ⑥很宽的工作温度范围 ⑦较宽的输入电压范围 ⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下几类： (1)Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压 U0小于输入电压Ui，极性相同。
BUCK电路工作原理分析
BUCK电路工作原理分析 测试电路如下图4.5所示，改变驱动信号占空比，观察输入与输出关系。 通道2,输出波形 通道1,驱动波形 (a)BUCK测试电路(b)输出波形(c)输出波形 图4.5 BUCK升压电路(multisim) BUCK电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值U o总是小于输入电压U d。 一、BUCK电路工作原理 Q1导通期间（t on ）：电力开关器件导通，电感蓄能，二极管D反偏。等效电路如图5.7(b)所示； Q1关断期间（t off）：电力开关器件断开，电感释能，二极管D导通续流。等效电路如5.7 (c)所示； 由波形图5.7 (b)可以计算出输出电压的平均值为： ) ( 1 ) ( 1 0? ? ?? + ? = =S on on S T t t d S T S dt dt u T dt t u T U 则： d d S on DU U T t U= = ，D为占空比。 忽略器件功率损耗，即输入输出电流关系为： d d O d O I D I U U I 1 = =。
图4.6 BUCK电路工作过程 二、电感工作模式分析 下图4.7为BUCK电路中电感流过电流情况。 图4.7电感电流波形图 电感中的电流i L是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。 1.电感电流i L连续模式：
⑴在t on 期间:电感上的电压为 dt di L u L L = 由于电感L 和电容C 无损耗，因此i L 从I 1线性增长至I 2，上式可以写成 on L on O d t I L t I I L U U ?=-=-12 O d L on U U L I t -?= )( 式中△I L =I 2－I 1为电感上电流的变化量，U O 为输出电压的平均值。 ⑵在t off 期间:假设电感中的电流i L 从I 2线性下降到I 1，则有 off L O t I L U ?= 则，O L off U I L t ?= 可求出开关周期ＴS 为 ） (1 O d O d L off on S U U U LU I t t f T -?= +== fL D D U fLU U U U I d d O d O L ) 1()(-= -= ? 上式中△I L 为流过电感电流的峰－峰值，最大为I 2，最小为I 1。电感电流一周期内的平均值与负载电流I O 相等，即 2 1 20I I I += 则)1(201D D L T U I I S d -- = 2.电感电流i L 临界连续状态 变换电路工作在临界连续状态时，即有I 1=0，由)1(201D D L T U I I S d --=，可得维持电流临界连续的电感值L 0为：
BUCK_BOOST_BUCK-BOOST电路的原理
BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理 Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 、Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。 开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 、Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。 Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。
LDO的特点： ①非常低的输入输出电压差 ②非常小的内部损耗 ③很小的温度漂移 ④很高的输出电压稳定度 ⑤很好的负载和线性调整率 ⑥很宽的工作温度范围 ⑦较宽的输入电压范围 ⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：】 （1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。 （2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 （4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。 其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D) BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D） D为充电占空比，既MOSFET导通时间。0 课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作 姓名：学号：得分： 一、实验目的 1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点； 2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理； 3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用； 4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。 二、课题任务 1）设计参数要求： =12V； ① DC-DC主电路输入电压V I ②输出电压: V =5V； O =1A； ③输出电流：I O ④输出电压纹波峰-峰值 V ≤50mV，即纹波≤1%； pp =5W。 ⑤额定输出功率P O 2）PWM驱动信号： =20kHz； ① PWM驱动信号频率f S ② PWM驱动信号占空比可调； 3）驱动电路： 驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。 5）撰写完整的实习报告。 三、实验原理 BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。开关S断开的时候，VD 二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。这样电压就能降低。实际使用的时候，S开关是通过MOSFE 或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。 开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压Buck-Boost 型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。 buck电路的原理 降压式变换电路（Buck电路）详解 一、BUCK电路基本结构 开关导通时等效电路开关关断时等效电路 二、等效的电路模型及基本规律 （1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。 （2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上 输出的直流电压Uo有：电容 上电压宏观上可以看作恒 定。 电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。 这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S 置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于 电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为： 此增量将产生一个平均感应电势： 此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的 下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一 个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。 这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平 均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。 这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。 三、电感电流连续工作模式（CCM）下稳态工作过程分析 BUCK BOOST电路原理分析 电源网讯 Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式 Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。 Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。 LDO的特点： ① 非常低的输入输出电压差 ② 非常小的内部损耗 ③ 很小的温度漂移 ④ 很高的输出电压稳定度 ⑤ 很好的负载和线性调整率 ⑥ 很宽的工作温度范围 ⑦ 较宽的输入电压范围 ⑧ 外围电路非常简单，使用起来极为方便 DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类： （1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压 U0小于输入电压Ui，极性相同。 （2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压 U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 （4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D) BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D） D为充电占空比，既MOSFET导通时间。0 1.升降压斩波电路的结构和工作原理 1）电路的结构 升降压变换电路（又称Buck-boost 电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图4-21(a)所示。它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。 2）电路的工作原理 （1）输出电压U o 。 ①t on 期间，二极管D 反偏而关断，电感储能，滤波电容C 向负载提供能量。 on L on d t I L t I I L U ?=-=12 ②t off 期间，当感应电动势大小超过输出电压U 0时，二极管D 导通，电感经D 向C 和R L 反向放电，使输出电压的极性与输入电压相反。 o f f L t I L U ?=－0 在t on 期间电感电流的增加量等于t off 期间的减少量，得 off on d t L U t L U 0 -= 由 S on DT t =,S off T D t )1(-=的关系，求出输出电压的平均值为 d U D D U -=10－ 式中，D 为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D =0.5时，U 0=U d ；当0.5 标签：BUCK 电源设计之BUCK电路-2 偶是电源方面的菜鸟，继续考虑与分析，希望能够把这部分知识给牢固掌握，并涉及最主要的点，难免有不好错误和遗漏的地方，请各位电源高手不惜指教。首先把设计需要的信息输入到我们定义参数中，如下图所示： 初步确认占空比和电感电流范围： 这里需要交代的是，我们在设计BUCK电路过程中，在需要确保负载电流范围需要保证负载不进入断续模式，按照示意图所示中，当进入断续模式时，会产生Ring的情况。 继续扩展，连续与断续的分界线为： 采用电路的特征参量去分析，确实简洁，但是并没有体现出输入电压与输出电流之间的关系 特征产量的三个参量为 1.PWM周期 2.电路的主电感量 3.电路输出负载 以上反应的关系实质上是指输出电流与占空比的关系，而输出电压一般是确定的，因此等同于输入电压与输出电流之间的关系，以上的式子并没有清晰的反应 出来，以下的推导可直观的表示出来： 可发现，如果电感选择过小，则会导致在设计电流范围内，电路进入了断续模式，而且在正常的电流变化过程中，电路在两种模式中不断变化，存在临界点，这是 不能接受的，通过选择电感后，可得到以下图形： 因此我们在选择电感和电容的初步选择，需要满足以下的关系： 电容的计算式子： 电容与电感量是有关系的，因此先选择电感量是关键。 电感和电容都是按照标准值选取的，偶找到TDK和适当的电容后贴上： 电感和电容值都要参考标准值来选取，通过以上的选取后，需要对目前的电路参 数进行验证。 电感的确定 负载电流3A,峰值电流为Ipeak为有效电流Irms的2-3倍， 电感可以这样估算，L=(Vin-Vdsat-V out)*Ton/Ipeak; Vdsat为PMOSFET的导通压降，Ton为导通时间，可见电感 愈小，峰值电流愈大，同时还要考虑电感磁芯饱(Core Saturation) 电容的取值和你要求的纹波有关Vripple. 降压式变换电路（Buck电路）详解 一、BUCK 电路基本结构 开关导通时等效电路开关关断时等效电路 二、等效的电路模型及基本规律 （1）从电路可以看出，电感L 和电容C 组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。 （2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo 有：电容上电压宏观上可以看作恒定。电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面 周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。（4）开关S 置于1 位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S 置于2 位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产生一个平均感应电势：此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种 辽宁工业大学 电力电子技术课程设计（论文）题目： BUCK型DC-DC变换器电路设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：自131班 学号： 130302011 学生姓名：李君奥 指导教师：（签字） 起止时间：2016..1.04-2016.01.15 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要 直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC 变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。BUCK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。全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。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。 直流斩波电路由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。在Matlab仿真实验中，当输入电压为600VDC时，输出电压为220VDC，输出额定电流为2.5A，当输入电压在小范围变化时，电压调整率≤5%,变换器在满载时效率≥90%。 关键词：直流；降压斩波；电力电子；变换电路； （成都信息工程学院科技创新实验室） W00DSTOCK 前一段时间，本着学习的态度参加了TI杯校赛，做了其中的一个直流升降压的题，作品没做的很好，但是在准备期间，我对各种可行电路都做了尝试，一些心得拿出来与大家分享，也望各路大侠对不妥之处不吝赐教。 我们在实际应用中，经常会出现系统中各个模块供电不统一，或者供电电源的电压时变化的（比如汽车中的电池电压受温度影响而变化），在只有一个电源提供供电的时候，同时可以升压或降压的电路就变得非常有用。下面，来看一下我想到的几种升降压问题的解决方案。 非隔离式开关电源的基本电路一般有三种：Buck降压电路、Boost升压电路、Buck-boost 极性反转升降压电路。要实现同时升降压功能，首先想到的肯定是Buck-Boost 极性反转电电路。 图表 1 极性反转电路原理示意 这种拓扑结构的电路能够输出与输入相反的、可以比输入电压更高或者更低的电压，并且整体的效率也很高。但缺点也很明显：一就是极性相反，当输入电压是正压且要求输出也是正的时候，我们还要对输出电压进行反向，这就是一件很麻烦的事；但是，有时我们需要的就是负压的时候，这个缺点又会有一种很大的用处。缺点二就是，这种拓扑结构电路的电流脉动值很大，输出滤波不好处理。在实际制作中，我选择了用TI的Buck型降压芯片TPS5430来做开关管以及驱动的部分，更方便控制，简化了电路。还有一个缺点是，这种电路不方便数控，而且没法直接用AD采输出电压。下面这个是我做的一个控制TPS5430反馈的电路。 图表 2 LM324做控制电路 常见的来解决这个问题的还有另外一种电路，就是把boost电路和buck电路结合起来。但是怎样结合方法有很多种。 第一种，直接拼接。比如输入电压时5-12V，输出电压要10V，那么我们就可以使用升压电路将输入电压统一升到13V，然后再使用电压可调节的降压电路来提供输出电压。在做这个方案时，我升压用了TI的TPS61175，输入范围是3-18V，输出范围是3-65V，最大输出电流时3A。降压同样用了TPS5430。 图表 3 TPS5430降压电路 图表 4 TPS61175升压电路 但是这种电路结构最致命的问题就是，效率上不去。因为这种电路对电压做了两级的处理，假设每级的效率都有90%的话，总体的效率也才80%，而且两个开关芯片开关频率不同，彼此之间的开关噪声影响很大。 第二种，是升降压选择法。即先判断输入电压，确定输出电压后判断该升还是该降。在电路输入端和DC转换模块之间，使用继电器或场管来做开关，选择电路工作的模式。这种电路容易理解、硬件设计相对比较简单，难在判断控制。另外这种电路存在一个大问题，当要求输入电压和输出电压相同时，这种电路就无能为力了。 第三种拼接的方法，则是这几种方案中，我觉得最好的一种方案。先看一下拓扑图： 图表 5 双场管升降压电路 前言 在实际电力电子装置中，工程人员往往凭经验通过不断更换元器件或改变结构使装置满足一定的动态和静态特性，而通过计算机仿真能方便地完成这种改变，从而缩短产品开发周期，减小研究开发成本。另外，在电力电子课程教学中，单纯地讲解开关元器件和各种变换电路理论，显得枯燥而缺乏生动，计算机辅助分析和设计在电力电子课程教学中显示出了它的强大的优势，通过电路仿真使得课堂教学概念讲解直观化，理论结果可视化。 Saber仿真软件是美国Analogy公司开发的功能强大的电力电子系统仿真软件之一，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、水力、控制等领域的系统设计和仿真。它具有很大的通用模型库和较为精确的具体型号的器件模型，其元件模型库中有4 700多种具体型号的器件模型，500多种通用模型。针对电力电子应用，Saber提供了电源设计的环境— PowerExpress，它支持行为级和元件级的设计。Saber的MAST语言是一种硬件描述语言，运用该语言可以方便地建立用户自身的元件或电路模型，其程序兼容Spice仿真程序。专门为Saber仿真器而设计的SaberSketch提供了友好的用户图形界面，使得仿真非常直观，让使用者易学易用。掌握Saber仿真软件对于研究开发电力电子装置及其控制系统，以及电力电子教学都具有重要的意义。 目录 前言 (1) 目录 (2) 1. 基本的Buck 型变换器（开环） (3) 1.1 Buck 变换器基本电路形式 (3) 1.2 各器件参数和指标之间关系的定性分析 (4) 1.3 实验仿真及分析 (4) 2 闭环控制的构成与性能分析 (6) 2.1 差分放大电路 (6) 2.2 功率放大器（PI）模块 (7) 2.3 PWM 块 (8) 3 主电路 (9) 3. 1 主电路参数讨论 (9) 3.1.1 电容对输出电压波形的响 (10) 3.1.2 电感对输出电压波形的影响 (11) 4 结语 (12) 参考文献 (13) 第一章概述 1.1 直流―直流变换的分类 直流—直流变换器（DC-DC）是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为?48V，由于在通信系统中仍存在?24V（通信设备）及+12V、+5V（集成电路）的工作电源，因此，有必要将?48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源，以供实际使用。D C/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。主要有 （1）Buck电路——降压斩波，其输出平均电压小于输入电压，极性相同。 （2）Boost电路——升压斩波，其输出平均电压大于输入电压，极性相同。 （3）Buck－Boost电路——降压―升压斩波，其输出平均电压大于或小于输入电压，极性相反,电感传输。 （4）Cuk电路——降压或升压斩波，其输出平均电压大于或小于输入电压，极性相反，电容传输。 此外还有Sepic、Zeta电路。 1.2 直流—直流变换器的发展 当今软开关技术的发展使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司(美国怀格公司,国际知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）%。日本NEMIC—LAMBDA(联美兰达,日本的开关电源厂商.2012年兰达被TDK收购,名称也改为TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。 现代电源技术 基于BUCK电路的电源设计 学院：专业：姓名：班级：学号：指导教师：日期： 目录 摘要 (4) 一、设计意义及目的 (5) 二、Buck电路基本原理和设计指标 (5) 2.1 Buck电路基本原理 (5) 2.2 Buck电路设计指标 (7) 三、参数计算及交流小信号等效模型建立 (7) 3.1 电路参数计算 (7) 3.2 交流小信号等效模型建立 (11) 四、控制器设计 (12) 五、Matlab电路仿真 (18) 5.1 开环系统仿真 (18) 5.2 闭环系统仿真 (19) 六、设计总结 (22) 摘要 Buck电路是DC-DC电路中一种重要的基本电路，具有体积小、效率高的优点。本次设计采用Buck电路作为主电路进行开关电源设计，根据伏秒平衡、安秒平衡、小扰动近似等原理，通过交流小信号模型的建立和控制器的设计，成功地设计了Buck电路开关电源，通过MATLAB/Simulink进行仿真达到了预设的参数要求，并有效地缩短了调节时间和纹波。通过此次设计，对所学课程的有效复习与巩固，并初步掌握了开关电源的设计方法，为以后的学习奠定基础。 关键词：开关电源设计 Buck电路 一、设计意义及目的 通常所用电力分为直流和交流两种，从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，因此需要进行电力变换。常用的电力变换分为四大类，即：交流变直流（AC-DC），直流变交流（DC-AC），直流变直流（DC-DC）,交流变交流（AC-AC）。其中DC-DC电路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，包过直接直流变流电路和间接直流变流电路。直接直流变流电路又称斩波电路，它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，主要包括六种基本斩波电路：Buck电路，Boost电路，Buck-Boost电路，Cuk电路，Sepic电路，Zeta 电路。其中最基本的一种电路就是Buck电路。 因此，本文选用Buck电路作为主电路进行电源设计，以达到熟悉开关电源基本原理，熟悉伏秒平衡、安秒平衡、小扰动近似等原理，熟练的运用开关电源直流变压器等效模型，熟悉开关电源的交流小信号模型及控制器设计原理的目的。这些知识均是《线代电源设计》课程中所学核心知识点，通过本次设计，将有效巩固课堂所学知识，并加深理解。 二、Buck电路基本原理和设计指标 2.1 Buck电路基本原理 Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，主要用于电力电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。其基本结构如图1所示： B u c k降压式变换器基本结构及原理 一、Bu c k变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为P WM(Pu l se wi d th m od u la t io n 脉宽调制)信号，信号周期为T s，则信号频率为f=1/T s，导通时间为T o n，关断时间为T of f，则周期Ts=To n+T o ff，占空比D y=T on/Ts。 B u c k变换器有两种基本工作方式： C C M(C o nt i nu o us c u rr e nt m o de)：电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大于零 D C M(D i sc o nt i nu o us cu r re n t m od e)：电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf的电流为零 1.1C CM时的基本关系： 1.2D CM时的基本关系： D C M可分为两种典型情况： 输入电压Vi n不变，输出电压V o变化，常用作电动机速度控制或充电器对蓄电池的恒流充电 输入电压Vi n变化，输出电压Vo恒定，即普通开关稳压电源 1.3电感电流临界连续的边界： 1.3.1输入电压恒定不变时：Vi n=c o ns t 可画出Bu ck变换器在V i n=c on st时的外特性曲线： 图中虚线为电感电流临界连续的边界，内部为电流断续区，外面为电流连续区。 理想情况下，在电流断续区输出电压仅由占空比Dy确定。实际电路中，因元器件的非理想化，在电感电流的连续区，Bu ck变换器的外特性也是下降的，即I o加大，V o降低。为保持Vo不变，在I o增加时，要适当加大占空比Dy。 1.3.2输出电压恒定不变时：Vo=co n st 可画出Bu ck变换器在V o=c o ns t时的标幺特性曲线： 122110 2015年全国大学生电子设计竞赛 双向DC-DC变换器（A题） 【本科组】 2015年08月15号 摘要 双向DC/DC变换器（Bi-directional DC-DC Converter，BDC）是一种可在双象限运行的直流变换器，能够实现能量的双向传输。随着开关电源技术的不断发展，双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不间断电源和分布式电站等领域，其作为DC/DC变换器的一种新的形式，势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位。由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上减轻系统的体积重量及成本，所以具有重要研究价值。既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器，肯定包括降压、升压、电压可调、恒流、等要求。考虑到题目对效率的要求，我们选择降压Buck电路，升压Boost 电路，并用反馈电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求，通过一系列的测试和实验几大量的计算，基本上能完成题目的大部分要求。 关键词：双向DC/DC变换器；双向Buck-Boost变换器；效率；恒流稳压 目录 1系统方案 (4) 1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 (4) 1.2 测控电路系统的论证与选择 (4) 2 系统理论分析与计算 (4) 2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的分析 (4) 2.2 电感电流连续工作原理和基本关系 (5) 2.3 控制方法与参数计算 (6) 3 电路与程序设计 (7) 3.1 电路的设计 (7) 3.1.1 系统总体框图 (7) 3.1.2 给电池组充电Buck电路模块 (7) 3.1.3 电池放电Boost升压模块 (8) 3.1.4 测控模块电路原理图 (8) 3.1.5 电源 (9) 3.2 程序设计 (9) 4 测试方案与测试结果 (15) 4.1 测试方案 (15) 4.2 测试条件与仪器 (15) 4.3 测试结果及分析 (15) 4.3.1 测试结果(数据) (15) 4.3.2 测试分析与结论 (16) BUCkDC／DC变换器控制模块电源设计思路 发布:2011-09-07 | 作者: | 来源: ducuimei | 查看:514次 | 用户关注： 直流斩波电路实验的内容包括两种最基本的斩波电路：降压斩波电路和升压斩波电路。图1所示的是降压斩波电路的原理图。降压斩波电路的基本原理是：在开关V导通期间，电源F向负载供电，负载电压uo＝E，负载电流按指数曲线上升；在V关断期间，负载电流经二极管VD续流，负载电压1／0近似为0，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串接的电感L值较大，负载电压的平均值为：图1降压斩波电路原理图图2所示为升压斩 直流斩波电路实验的内容包括两种最基本的斩波电路：降压斩波电路和升压斩波电路。图1所示的是降压斩波电路的原理图。 降压斩波电路的基本原理是：在开关V导通期间，电源F向负载供电，负载电压uo＝E，负载电流按指数曲线上升；在V关断期间，负载电流经二极管VD 续流，负载电压1／0近似为0，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串接的电感L值较大，负载电压的平均值为： 图1 降压斩波电路原理图 图2所示为升压斩波电路的原理图。分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感L值很大，电容C值也很大，在V处于通态期间，电源E向电感L充电。充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压uo为恒值，记为Uo。 图2 升压斩波器原理图 设V处于通态的时间为ton，此时电感L上积蓄的能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为toff，贝刂在此期间电感L释享308PIC单片机应用开发典型模块放的能量为（UO －E）I1toff°当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即： 升压斩波电路的输出电压高于电源电压。 控制电路需要实现的功能是产生PWM信号，利用PIC16F877的PWM模块产生该信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比α的调节，达到控制输出电压大小的目的。此外，控制电路还完成一定的保护功能。 多名建札 电气与电子信息工程学院 电力电子课程设计 设计题目: 降压斩波电路设计__________ 专业班级: 电气工程及其自动化本科1班 学号：200840220116 姓名：____________________________ 指导教师: ________________ 设计时间：2011/5/3 ?2011/5/13 设计地点：K2电力电子实验室 电力电子课程设计成绩评定表 姓名朱波学号200840220116 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录: 1、电压型逆变电路有什么特点？ （1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动 （2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同 （3）阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管 2、在选择IGBT时应注意什么？ 在选择IGBT模块时，应考虑器件耐压电流2个参数确定。在器件耐压电流参数确定时，首先根据IGBT模块工作在交流电网通过单相或三相整流后的直流母线电压下，通常模块工作电压（600V、1200V、1700V分为3个电压等级）均对应丁常用电网电压等级。考虑到因过载、电压波动、开关过程引起的电压尖峰等因素，通常电力电子设备选择IGBT器件耐压都是直流母线的1倍。 成绩评定依据： 课程设计考勤情况（20%）: 课程设计答辩情况（30%）: 完成设计任务及报告规范性（50%）: 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： ________________ 2011年5月20日 〈〈电力电子课程设计》课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电气工程及其自动化 指导教师：工作部门：电气学院电气白动化教研室 一、课程设计题目： 降压斩波电路设计 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计， 要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 3. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告（5000字以上）。 注：详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 2. 执行要求 电力电子课程设计共9个选题，每组不得超过6人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两 篇设计报告基本相同，甚至完全一样。 四、基本要求 电气与电子信息工程学院 电力电子课程设计 设计题目：降压斩波电路设计 专业班级：电气工程及其自动化本科1班 学号：200840220116 姓名： 指导教师： 设计时间：2011/5/3～2011/5/13 设计地点：K2电力电子实验室 电力电子课程设计成绩评定表姓名朱波学号200840220116 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录： 1、电压型逆变电路有什么特点？ （1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动 （2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同 （3）阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管 2、在选择IGBT时应注意什么？ 在选择IGBT模块时，应考虑器件耐压电流2个参数确定。在器件耐压电流参数确定时，首先根据IGBT模块工作在交流电网通过单相或三相整流后的直流母线电压下，通常模块工作电压（600V、1200V、1700V分为3个电压等级）均对应于常用电网电压等级。考虑到因过载、电压波动、开关过程引起的电压尖峰等因素，通常电力电子设备选择IGBT器件耐压都是直流母线的1倍。 成绩评定依据： 课程设计考勤情况（20％）： 课程设计答辩情况（30％）： 完成设计任务及报告规范性（50％）： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2011年5 月20 日 《电力电子课程设计》课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电气工程及其自动化 指导教师：工作部门：电气学院电气自动化教研室 一、课程设计题目： 降压斩波电路设计 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整； 2. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 3. 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告（5000字以上）。 注：详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 1．时间安排 序号内容学时安排（天） 1 方案论证和系统设计 1 2 主电路设计 1 3 保护电路设计 1 4 驱动电路设计 1 5 设计答辩 1 合计 5 设计指导答辩地点：电力电子室 2．执行要求 电力电子课程设计共9个选题，每组不得超过6人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。 四、基本要求降压型(BUCK)DC-DC电路的设计与制作设计报告
buck电路的原理
升降压电路原理分析
第二十讲 升降压变换电路
buck电路参数
降压式变换电路(Buck电路)详解
BUCK型DC-DC变换器电路设计.
DC-DC升降压电路的几种个人方案
基于saber的buck降压电路的设计
multisim buck电路仿真
基于BUCK电路的电源设计
Buck降压式变换器基本结构及原理
基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路
升降压斩波器电路图及工作原理说明
BUCKDC-DC电路的设计
BUCK DC-DC电路的设计