buck变换电路设计讲课.docVIP

南京工程学院 自动化学院 电力电子技术课程设计报告 题 目： Buck变换电路的设计 专 业： 自动化 班 级： 自动化 124 学 号： 203120408 姓 名： 陈 猛 指导教师： 赵 涛 起迄日期： 2014.12.22——2014.12.26 设计地点： 工程中心4-207 目 录 1 引言 2 设计任务及要求 2.1设计任务 2.2设计内容 3 设计方案选择及论证 3.1 控制芯片的选择 3.2 驱动芯片的选择 4 总体电路设计 5 功能电路设计 5.1 主电路的设计 5.2 驱动电路的设计 5.3 控制电路的设计 5.4 辅助电源的设计 6 电路仿真与调试 7 设计总结 8 参考文献 BUCK变换电路设计 1 引言 本次电力电子装置设计与制作，利用Buck降压斩波电路，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，本设计采用了集成的驱动芯片。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。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 2 设计任务及要求 2.1设计任务： 设计一降压斩波电路，采用BUCK电路。输入直流电源：DC18~30V，输出电 压为输入电压50%~100%可调： 输出额定电流2A， 电流峰峰值不大于0.5A， 输 出电压纹波不大与5%。 2.2设计内容： 主电路的设计，器件的选型，电感和输出电容的选择； 驱动电路、检测电路和保护电路设计； 辅助电源设计，要求提供 DC15V 驱动电源和 5V 控制电源； 控制电路的设计，不同频率、不同脉宽 PWM 波的实现。 制作驱动和主电路； 6）利用提供的控制信号，完成 BUCK 电路的驱动和主电路和调试。 3 设计方案选择及论证 3.1 控制芯片的选择 方案一：采用SG3525芯片。它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。 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TL494最为合宜。 3.2驱动方式的选择 由于老师提供的电力电子器件为IRF540，为MOS管。主电路中只有一个MOS管需要控制开关。 方案一：采用光耦隔离加放大电路驱动，这是一种常用方法，优点是电路比较成熟，但光耦次级需要隔离电源，由于光耦的速度不是很快，工作频率不能太高，并可能降低电源的瞬态响应速度。 方案二：IR2103是一个集成的半桥驱动芯片，能够同时控制2个受控器件。它的脉冲质量好，工作频率高，体积较小。且电源与控制芯片同为15V，这样不用额外设计辅助电源。它对3.3V，5V和15V的逻辑兼容，我们选择的控制芯片TL494输出的逻辑高电平为15V。 4 总体电路设计 根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路及辅助电 源电路，设计出降压斩波电路的结构框图如下图所示： 原理框图 在结构框图中，控制电路是用来产生BUCK电路的控制信号，控制电路产生 的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在MOS管控制端和公共 端之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制MOS的开通和关断来控制降压斩 波电路的主电路工作。 5功能电路设计 5.1主电路的设计 电感计算： 由于产生脉冲的芯片相应R＝1K欧姆，C＝0.01μF.则芯片产生的脉冲频率为f=1.1/(RC).计算得f=110KHZ.在电感充放电一个周期内： 得 开通时