buck變換電路設(shè)計.doc

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1、工程學院自動化學院電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目：Buck變換電路的設(shè)計專業(yè)：自動化班級：自動化124學號：203120408姓名：猛指導教師：濤起迄日期：2014.12.22——2014.12.26設(shè)計地點：工程中心4-207目錄1引言2設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù)2.2設(shè)計容3設(shè)計方案選擇及論證3.1控制芯片的選擇3.2驅(qū)動芯片的選擇4總體電路設(shè)計5功能電路設(shè)計5.1主電路的設(shè)計5.2驅(qū)動電路的設(shè)計5.3控制電路的設(shè)計5.4輔助電源的設(shè)計6電路仿真與調(diào)試7設(shè)計總結(jié)8參考文獻BUCK變換電路設(shè)計1引言本次電力電子裝置設(shè)計與制作，利用Buck降壓斬波電路，使用TL494作為控制芯

2、片輸出脈沖信號從而控制MOS管的開通與關(guān)斷。為了將MOS管G極和S極隔離，本設(shè)計采用了集成的驅(qū)動芯片。另外本設(shè)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(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比，進而調(diào)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(shè)計任務(wù)要求設(shè)計主電路、控制電路、驅(qū)動及保護電路。2設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一降壓斬波電路，采用BUCK電路。輸入直流電源：DC18~30V，輸出電壓為輸入電壓50%~100%可調(diào)：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%。2.2設(shè)計容：1）主電路的設(shè)計，器件的選型，電感和輸出電容的選擇

3、；2）驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路設(shè)計；3）輔助電源設(shè)計，要求提供DC15V驅(qū)動電源和5V控制電源；4）控制電路的設(shè)計，不同頻率、不同脈寬PWM波的實現(xiàn)。1）制作驅(qū)動和主電路；6）利用提供的控制信號，完成BUCK電路的驅(qū)動和主電路和調(diào)試。3設(shè)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(diào)寬控制方案，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寬調(diào)制電路，主要為開關(guān)電源電路而設(shè)計，在開關(guān)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(shè)

4、計是比較小的手工制作電路，所以選擇TL494最為合宜。3.2驅(qū)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(guān)。方案一：采用光耦隔離加放大電路驅(qū)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(yīng)速度。方案二：IR2103是一個集成的半橋驅(qū)動芯片，能夠同時控制2個受控器件。它的脈沖質(zhì)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(shè)計輔助電源。它對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

5、15V。4總體電路設(shè)計根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計主電路、控制電路、驅(qū)動電路及輔助電源電路，設(shè)計出降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：控制電路驅(qū)動電路輔助電源電源主電路原理框圖在結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生BUCK電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在MOS管控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。通過控制MOS的開通和關(guān)斷來控制降壓斬波電路的主電路工作。5功能電路設(shè)計5.1主電路的設(shè)計電感計算：由于產(chǎn)生脈沖的芯片相應(yīng)R＝1K歐姆，C＝0.01μF.則芯片產(chǎn)生的脈沖頻率為f=1.1/(RC).計算得f=110KHZ.在電感充放

6、電一個周期：得開通時對于BUCK電路，開通時，D=Uo/Ui.T=1/fΔi=0.5A所以故計算得出電容計算：根據(jù)公式解得本設(shè)計取L=0.2mH,C=2μF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(qū)動電路的設(shè)計IR2103是一個集成的半橋驅(qū)動芯片，能夠同時控制2個受控器件。它的脈沖質(zhì)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(shè)計輔助電源。它對3.3V，5V和15V的邏輯兼容，可以同時驅(qū)動兩個MOS管，我們這里只需使用一個驅(qū)動口，再接入門極前串聯(lián)一個100Ω的電阻。根據(jù)器件手冊進行接線:圖25.3控制電路的設(shè)計TL494控制芯片

7、是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路置線性鋸齒波振蕩器振蕩頻率可通過外部的電阻RT和電容CT來進行。其振蕩頻率為,R=1K歐姆，C＝0.01μF.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(diào)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(diào)節(jié)MOS管的開通與關(guān)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(shè)計穩(wěn)壓直流電源15V和直流電壓100V由于只提供直流電