BUck電路設(shè)計

1、2013 2014 學(xué)年 第 二 學(xué)期 Buck電路的設(shè)計 課 程 設(shè) 計 報 告 題 目： Buck電路的設(shè)計 專 業(yè)： 11 電氣工程及其自動化 班 級： 2 姓 名： 吳 哲 伍 東 錢 華 席曉雙 夏 盛 徐 安 謝 祥 指導(dǎo)教師： 周 松 林 電氣工程學(xué)院2014年5月26日1、任務(wù)書 課題名稱指導(dǎo)教師（職稱） 執(zhí)行時間2013 2014 學(xué)年第 2 學(xué)期 第15 周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)吳哲1109141139負(fù)責(zé)找文檔和仿真原理圖伍東1109141140負(fù)責(zé)仿真原理圖和文檔的要求錢華1109141168負(fù)責(zé)仿真原理圖席曉雙1109141141負(fù)責(zé)仿真原理圖夏盛1109141142負(fù)

2、責(zé)仿真原理圖謝祥1109141143負(fù)責(zé)仿真原理圖徐安1109141144負(fù)責(zé)仿真原理圖設(shè)計目的使用TL494作為控制芯片輸出脈沖信號從而控制MOS管的開通與關(guān)斷。本設(shè)計采用了推挽式放大電路。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(zhǔn)電壓與反饋信號進(jìn)行比較來調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比，進(jìn)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)設(shè)計要求本論文采用雙端驅(qū)動集成電路TL494輸?shù)腜WM脈沖控制器設(shè)計開關(guān)電源，利用MOSFET管作為開關(guān)管，可以提高電源變壓器的工作效率，有利于抑制脈沖干擾，同時還可以減小電源變壓器的體積。開關(guān)直流降壓電源（BUCK）設(shè)計摘 要 本次電力電子裝置設(shè)計與制作，利用BUC

3、K型轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)16V-8V的開關(guān)直流降壓電源的設(shè)計。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(guān)斷。為了將MOS管G極和S極隔離，本設(shè)計采用了推挽式放大電路。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(zhǔn)電壓與反饋信號進(jìn)行比較來調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比，進(jìn)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)。關(guān)鍵字：BUCK型轉(zhuǎn)換器；降壓電源；TL494；推挽式放大電路。Abstract This Power electronic equipment design is used by BUCK to catch the goal of 16V-8VSwitch dc step-d

4、own power supply design. Use TL494 as control chip output pulse signal to control the opening of MOS tube and shut off. In order to make the MOS tube G pole and S pole separate, this design uses a push-pull amplifier circuit. In addition, the design also joined the feedback link to make the circuit

5、more accurate and stable .Key word: BUCK type converter, Step-down power, TL494, Push-pull amplifier circuit. 目 錄摘要1Abstract.1.1.方案論證與比較31.1 總方案的設(shè)計與論證31.2 控制芯片的選擇31.3 隔離電路的選擇32. BUCK電路工作原理43. 控制電路的設(shè)計及電路參數(shù)的計算63.1 TL494控制芯片63.2 電路參數(shù)的計算7電感值的計算73.2.2 線圈圏數(shù)計算74. 實驗結(jié)果以及分析7設(shè)計小結(jié)9參考文獻(xiàn)91.方案論證與比較1.1 總方案的設(shè)計與論證方案

6、一：LDO也就是低壓差線性穩(wěn)壓管來設(shè)計電路。其優(yōu)點是輸出波形穩(wěn)定，噪音小，所以外部電路比較簡單。缺點是輸入和輸出電壓不可以很大，效率比較低，其負(fù)載電流相對比較小。方案二：使用BUCK型轉(zhuǎn)換器。優(yōu)點是負(fù)載電流大，效率高，發(fā)熱小。缺點是通過MOS管的開關(guān)來實現(xiàn)電源的轉(zhuǎn)換，所以其紋波比較大，噪音大，需要很多電容為其濾波，并且開關(guān)過程中會產(chǎn)生干擾信號。但綜合我們的設(shè)計目的，需要大負(fù)載，大壓差，高效率，小發(fā)熱的電路。故優(yōu)選BUCK型電路。1.2 控制芯片的選擇方案一：選擇MC34063控制芯片。該器件本身包含了DCDC變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價格便宜。它由具有溫度自動補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生

7、器、比較器、占空比可控的振蕩器，RS觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構(gòu)成的DCDC變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。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)計是比較小的手工制作電路，所以選擇方案二最為合宜。1.3 隔離電路的選擇方案一：采用光耦隔離的優(yōu)點是：占空比任意可調(diào)；隔離耐壓高；抗干擾能力強(qiáng)，另外，光耦屬電流型器件，對電壓性噪聲能有效地抑制；傳輸信號范圍從DC到數(shù)MHz,

8、其中線性光耦尤其適用于信號反饋。 其缺點是：在全橋拓?fù)渲校_關(guān)器件為4個，需34個光耦，而每一光耦都需獨立電源供電，增加了電路的復(fù)雜性，成本增加，可靠性降低；因光耦傳輸延遲較大，為保證開關(guān)器件開通與關(guān)斷的精確性，必須使各路的結(jié)構(gòu)參數(shù)一致，使各路的延遲一致，而這往往難以做得很好； 光耦的開關(guān)速度較慢，對驅(qū)動脈沖的前后沿產(chǎn)生較大延時，影響控制精度。方案二：采用推挽式放大電路進(jìn)行隔離。這是一種常用的隔離方式，對于小型手工電路板來說性價比比較高，而且很方便。綜合二者性能，本次設(shè)計選擇方案二。2. BUCK電路工作原理圖1. BUCK電路圖 降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖如上所示。該電

9、路使用MOS管作為開關(guān)。在上圖中，為在V關(guān)斷時給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。斬波電路的典型用途之一是拖動直流電動機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖中Em所示。若負(fù)載中無反電動勢時，只需令Em=0。電路的工作波形如下所示：由圖6中的V的柵射電壓波形可知，在t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。當(dāng)t=時刻，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，通常串接L值很大的電感。至一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電路工作與穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電

10、流在一個周期的初值和終值相等。負(fù)載電壓的平均值為 ；式中，為V處于通態(tài)的時間；為V處于斷態(tài)的時間；T為開關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。由此式知，輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。因此將該電路稱為降壓斬波電路。負(fù)載電流的平均值為 ，若負(fù)載中的L值較小，則在V關(guān)斷后，到了時刻，如圖7所示，負(fù)載電流已衰減至零，會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。由波形可見，負(fù)載電壓平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：1） 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間，稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM方式）。2） 保持開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期T，

11、稱為頻率調(diào)制。3） 和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。本次設(shè)計電路采用PWM方式控制IGBT的通斷。圖3. 電流斷續(xù)時波形以上的電壓電流關(guān)系還可以從能量傳遞關(guān)系簡單地推得。由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為不變。電源只在V處于通態(tài)時提供能量，為。從負(fù)載看，在整個周期T中負(fù)載一直在消耗能量，消耗的能量為。一個周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即：則：與上述結(jié)論一致。在上述情況中，均假設(shè)L值為無窮大，且負(fù)載電流平直。在這種情況下，假設(shè)電源電流平均值為，則有：其值小于等于負(fù)載電流，由上式得 即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。圖4.系統(tǒng)電路圖3.

12、 控制電路的設(shè)計及電路參數(shù)的計算3.1 TL494控制芯片TL494控制芯片是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路內(nèi)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(jìn)行。其振蕩頻率為,R=4.7K歐姆，C103.計算得。圖5. TL494脈沖寬度調(diào)制電路芯片14腳輸出基準(zhǔn)電壓通過電阻分壓進(jìn)入15號腳作來與16號反饋信號進(jìn)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(jìn)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(dá)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。本次設(shè)計選擇輸入16V，輸出8V。3.2 電路參數(shù)的計算3

13、.2.1電感值的計算由于產(chǎn)生脈沖的芯片相應(yīng)R4.7K歐姆，C103.則芯片產(chǎn)生的脈沖頻率為f=1.1/(RC).計算得f=23.4KHZ.在電感充放電一個周期內(nèi)：得 開通時 對于BUCK電路，開通時， D=Uo/Ui. 所以 故計算得出 L3.2.2 線圈圏數(shù)計算由公式：，可得匝數(shù)N10圈4. 實驗結(jié)果以及分析實際測試結(jié)果如下： 圖4-1 輸入、輸出電壓 圖4-2 5號腳輸出的鋸形波 圖4-3 占空比 圖4-4 帶負(fù)載時電感兩端的電壓測試分析：電路測試一切正常，波形滿足要求且比較穩(wěn)定。設(shè)計小結(jié)回顧此次電力電子裝置課程設(shè)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(xué)到了好多東西。它不僅鞏固了以前所學(xué)的理論知識，更是學(xué)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(shè)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(xué)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(xué)習(xí)了很多課本上沒有的東西，感覺特別充實。然后在做設(shè)計的過程中我們學(xué)到了很多東西，也覺得知識掌握得不