LM2596电源降压调整器（150KHz，3A）020
英文文章名：LM2596 SIMPLE SWITCHER? Power Converter 150 kHz
3A Step-Down Voltage Regulator
文章出处：https://www.doczj.com/doc/0f8520796.html,版本号：DS012583 日期：2002年5月
摘录人：黄明强摘录日期：2007年5月3日
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价格：
概述：
LM2596系列开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，还有一个输出可调版本。
添加少量的外部元件就可以使用该电压调节器。该器件内部集成有频率补偿和固定频率发生器。开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。其封装形式包括标准的5脚TO-220封装和5脚TO-263表贴封装。
由于该器件可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。
特征：
※ 3.3V、5V、12V的固定电压输出和可调电压输出
※可调输出电压范围1.2V～37V，±4%
※封装形式：TO-220（T）和TO-263（S）
※保证输出负载电流3A
※输入电压可高达40V
※仅需4个外接元件
※很好的线性和负载调节特性
※150KHz固定频率的内部振荡器
※TTL关断能力
※低功耗待机模式，I Q的典型值为80μA
※高转换效率
※使用容易购买的标准电感
※具有过热保护和限流保护功能
应用：
※简易高效率降压调节器
※在卡上的开关电压调节器
※正到负电压转换器
专利号：5382918
典型电路（固定输出电压版本）：
封装和型号：
※弯曲交叉的引脚，通孔封装，5脚TO-220 (T)
订货型号：LM2596T-3.3, LM2596T-5.0,LM2596T-12 or LM2596T-ADJ ※表面贴封装，5脚TO-263 (S)
订货型号：LM2596S-3.3, LM2596S-5.0, LM2596S-12 or LM2596S-ADJ 极限条件：
最大供电电压45V
ON /OFF 管脚输入电压-0.3≤V≤+25V
反馈脚电压-0.3≤V≤+25V
输出电压到地（稳态）-1V
功率消耗内部限定
储存温度-65°C 到+150°C
ESD易感性（人体模式）2KV
焊接温度
T封装(锡焊, 10秒) +260°C
最大结温+150°C
运行条件：
温度范围－40°C≤T J≤+125°C
供电电压 4.5V 到40V
LM2596-3.3电参数
说明：标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，粗体字对应的项目适合于全温度范围
LM2596-5.0电参数
说明：标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，粗体字对应的项目适合于全温度范围
LM2596-12电参数
所有输出电压版本电参数
说明：标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，带下划线的粗斜体字对应的项目适合于整个温度范围。除非特别说明，VIN=12V对应于LM2596—3.3、LM2596—5.0、LM2596—ADJ，
注1：超过“极限条件”装置可能损坏。“运行条件”的目的是功能性的，但并不保证具体的性能极限。为保证规格和测试条件，参见电气特性。
注2：人体放电模式相当于一个100PF的电容通过一个1.5K的电阻向每个管脚放电。
注3：典型值是指在25℃下的数值，代表最常见的情况。
注4：所有的极限参数都必须适合于室温（用正常字体表示）和极限温度（用带下划线的粗斜体字表示），所有室温下的极限参数都是经过测试得出的，所有的极限温度下的极限参数都可以通过使用相关的标准统计质量控制方法(SQC)来加以保证。
注5：二极管、电感、输入和输出端的电容以及调节输出电压的电阻等外接元件可能会影响开关调节器的系统性能。当LM2596用在如图1所示测试电路中时，其系统性能如电气特性中系统参量所示。
注6：当第二级电流极限功能启动时，开关频率会有所下降。
注7：输出管脚不连接电感、电容或二极管。
注8：把反馈管脚和输出管脚断开，把反馈管脚连到0V，以强制输出开关晶体管导通。
注9：把反馈管脚和输出管脚断开，把反馈管脚连到12V（当VOUT=3.3V、5V或ADJ时）或15V（当VOUT=12V时），以强制输出开关晶体管截止。
注10：VIN=40V。
注11：环境热阻（不外加散热片）是指TO-220封装的LM2596垂直焊接在覆盖有面积约为1平方英寸（1盎司）铜箔的PCB上所对应的值。
注12：TO-263封装的LM2596表面焊接在覆盖有面积约为0.5平方英寸（1盎司）铜箔的单面PCB上所对应的环境热阻。
注13：TO-263封装的LM2596垂直焊接在覆盖有面积约为2.5平方英寸（1盎司）铜箔的单面PCB上所对应的环境热阻。
注14：TO-263封装的LM2596垂直焊接在覆盖有面积约为3平方英寸（1盎司）铜箔的双面PCB上所对应的环境热阻，而PCB的另一面覆盖有面积约为16平方英寸铜箔。
典型性能特征:
连续模式开关波形间断模式开关波形
V IN = 20V, V OUT = 5V, I LOAD = 2A V IN = 20V, V OUT = 5V, I LOAD = 500 mA
L = 32 μH, C OUT = 220 μF, C OUT ESR = 50 mΩL = 10 μH, C OUT = 330 μF, C OUT ESR = 45 mΩ
水平轴时标: 2 μs/div. 水平轴时标: 2 μs/div.
A：输出管脚电压，10V/div. A：输出管脚电压，10V/div.
B：电感电流，1A/div. B：电感电流，0.5A/div.
C：输出纹波电压，50 mV/div. C：输出纹波电压，100 mV/div
连续模式下的负载瞬时响应间断模式下的负载瞬时响应
V IN = 20V, V OUT = 5V, I LOAD = 500 mA to 2A V IN = 20V, V OUT = 5V, I LOAD = 500 mA to 2A
L = 32 μH, C OUT = 220 μF, C OUT ESR = 50 mΩL = 10 μH, C OUT = 330 μF, C OUT ESR = 45 mΩ
水平轴时标: 100 μs/div.水平轴时标: 200 μs/div.
A：输出电压，100 mV/div. (AC) A：输出电压，100 mV/div. (AC)
B：500 mA to 2A 负载脉冲B：500 mA to 2A 负载脉冲
测试电路和设计指南：
固定电压输出：
注：反馈线要远离电感通量，电路中的粗线一定要短，最好用地平面设计。
CIN —470 μF/ 50V, 铝电解电容，Nichicon “PL 系列”
COUT —220 μF/ 25V铝电解电容，Nichicon “PL 系列”
D1 —5A, 40V 肖特基整流器，1N5825
L1 —68 μH, L38
可变电压输出：
注：①调节输出电压的电阻R1、R2要靠近LM2596的4脚且引脚要短。
②反馈线要远离电感通量。
③电路中的粗线一定要短，最好用地平面设计。
C IN—470 μF/ 50V, 铝电解电容，Nichicon “PL 系列”
C OUT—220 μF/ 35V铝电解电容，Nichicon “PL 系列”
D1 —5A, 40V 肖特基整流器，1N5825
L1—68 μH, L38
这里V REF = 1.23V
R1—1 kΩ, 1% 选择R1大约为1 kΩ, 使用一个1% 的电阻
C FF—参看应用信息部分。
FIGURE 1 标准测试电路及设计指南
在开关调节器中，PCB版面布局图非常重要。快速的开关电流与布线电感可产生电压瞬变，会造成问题。为减小电感和接地环路，图中所示的粗线部分在PCB板上要印制得宽一点，且要尽可能地短。为了取得最好的效果，外接元器件要尽可能地靠近开关集成电路，最好用地平面设计或单点接地。如果所用电感是磁芯开放式的，对它的位置必须格外小心。如果允许电感通量和敏感的反馈线、开关集成电路的地线以及输出端电容C OUT的连线相交叉，则可能会引起一些问题。在输出可调的方案中，必须特别注意反馈电阻及其相关布线的位置。一方面电阻要靠近开关IC，另一方面相关的连线要远离电感，尤其是磁芯开放式的电感。(参见应用部分获取更多的信息)
设计步骤及实例
固定输出调节器的设计步骤
=3.3V（或5V 、或12V）, V I N（max）为最大直流输入电压,
条件：V
OUT
I LOAD（max）为最大负载电流
步骤：
1. 电感的选择（L1）
A．要根据图4、图5和图6所示的数据选择电感的适当值（分别对应输出电压为3.3V、5V和12V），对于所有的其他输出电压的情况，请看输出可调的调节器的设计步骤。
B．在图4、图5和图6上，由最大输入电压线和最大负载电流线的交叉区域确定电感的值，每一个区域都对应一个电感值和一个电感代号（LXX）。
C．从图8中所列的4个厂家所列的产品号中选择一个合适的电感，最好使用磁屏蔽结构的电感器。
2. 输出电容的选择（C OUT）
A. 在大多数的应用中，低等效电阻（Low ESR）的电解电容值在82μF到820μF之间，而低等效电阻（Low ESR）的固体钽电容值在10μF到470μF之间效果最好。电容应该靠近IC，同时，电容的管脚要短，连接的覆铜线也要短，电容值不要大于820μF。（参见应用说明的输出电容部分）
B. 为了简化电容选择步骤，请参阅表2所示的电容快速选择表，这个表包含了最好的设计方案所需的不同的输入电压、输出电压、负载电流、不同的电感和输出电容。
C. 电解电容的耐压至少应是输出电压的1.5倍，为了确保较低的ESR和纹波更低的输出电压，需要更高耐压值的电容器。
A. 吸纳二极管的最大承受电流能力至少要为最大负载电流的1.3倍，如果设计的电源要承受连续的短路输出，则吸纳二极管的最大承受电流能力要等于LM2596的极限输出电流。对二极管来说，最坏的情况是过载或输出短路。
B. 吸纳二极管的反向耐压至少要为最大输入电压的1.25倍。
C. 吸纳二极管必须是快恢复的且必须靠近LM2596，此二极管的管脚要短，连接的铜线也要短。由于所需的二极管开关速度快、正向压降低，所以，肖特基二极管是首选，同时，它的性能和效率都很好，特别是在低输出电压情况下更是如此。使用超快恢复或高效整流二极管效果也很好。超快恢复二极管的典型恢复时间为50ns或更快，而IN5400系列的整流二极管速度很慢，通常不用。
4. 输入电容的选择（C IN）
为了防止在输入端出现大的瞬态电压，在输入端和地之间要加一个低ESR(等效电阻)的铝或钽电容作为旁路电容，这个电容要靠近IC。另外，输入电容的RMS(电流均方根值)至少要为直流负载电流的一半。要确保所选的电容的这个参数不能低于直流负载电流的一半。几个不同的铝电解电容的典型均方根电流值所对应的曲线如图13所示。对铝电解电容，其耐压值要为最大输入电压的1.5倍。必须谨慎使用固体钽电容器(见应用信息的输入电容器)。如果使用了钽电容，则它的耐压要为输入电压的2倍，推荐使用生产厂家测试过浪涌电流的电容。使用陶瓷电容为输入旁路电容时要特别小心，因为这可能会在输入脚处引起非常严重的噪声。
固定输出调节器设计实例
条件：V OUT =5V，V IN（max）=12V，I LOAD（max）=3A
步骤：
1. 电感的选择（L1）
A. 按图5所示的电感选择方法选择输出为5V时的电感。
B. 由图5可见，电压为12V的水平线和电流为3A的垂直线的交叉区域所对应的电感值为33μH，代号为L40。
C. 所需的电感值为33μH，从表8中L40那行所列的4个厂家的电感序列号中选择一个电感（通常，表贴和
直插的电感都有）。
2. 输出电容的选择（C OUT）
A.参阅应用信息的输出电容器部分。
B. 从表2所示的快速设计器件选择中，先选择输出电压为5V的那几行，在负载电流列中，选择一条与你应用中所需电流最接近的一条电流线，在本例中，选择3A的电流线。在最大输入电压列中，选择一条与你应用中所需输入电压最接近的一条电压线，在本例中，选择15V所对应的电压线。在这条线上所列的就是使用效果最好的电感和电容。在这个例子中铝电解电容器从几个不同的厂家：
330 μF 35V Panasonic HFQ 系列
330 μF 35V Nichicon PL 系列
C. 输出电压为5V时，则电容的耐压至少应为7.5V或更高。但是，即使在低等效电阻下和开关级，220μF /10V 的铝电解电容也会产生大约225mΩ的等效阻抗，这么大的等效电阻会在输出端产生相对高的输出纹波电压。要把纹波电压降到输出电压的1%或更低，就需要选择一个耐压（低等效电阻的）更高或容值更高的电容。一个16V或25V的电容几乎可以把纹波电压降到原来的一半。
3．吸纳二极管的选择（D1）
参考图9。在这个例子中，5A/20V的肖特基二极管IN5823可以产生很好的效果，而且，在输出短路的情况下，也不会过载。
输入耐压和电流均方根是输入电容的重要参数。如果输入电压是12V，那么，铝电解电容的耐压要大于18V（1.5×V IN），下一个更高的电容耐压值为25V。在调节器中输入电容的电流均方根大约是直流负载电流的一半，在本例中，负载电流为3A，那么，输入电容的电流均方根至少为1.5A，利用图13所示的曲线图可以选择合适的电容。在曲线图中，35V的电压线所对应的电流均方根值大于1.50A的电容为680μF，于是，我们就可以选出一个680μF/35V的电容。对于选择直插元件的设计，680μF/35V的电解电容就足够了，其他种类或其他厂家的电容可以用来提供足够的均方根纹波电流。对于选择表贴元件的设计，可以选用固态钽电容，但是，要注意的是，必须测试电容的浪涌电流值。A VX公司的TPS系列及VISHAY公司的593D系列的器件的浪涌电流值都经过测试了。
FIGURE
FIGURE 2 LM2596固定输出快速设计器件选择表
可调输出调节器的设计步骤和设计实例（略）
电感值选择指南(连续模式)
以下4图均为：水平轴：最大负载电流（A），竖直轴：最大输入电压（V）
FIGURE 4. LM2596-3.3 FIGURE 6. LM2596-12
FIGURE 5. LM2596-5.0 FIGURE 7. LM2596-ADJ
FIGURE 11. 二极管选择表
框图
使用说明：
管脚功能：V IN——正输入端，在这个管脚处必须加一个适当的输入旁路电容来减小暂态电压，同时为LM2596提供所需的开关电流。
GND——接地端。
Output——输出端，这个脚上的电压可在（+V IN-V SA T）和-0.5V（大约）间转换。为了减小耦合，PCB上连接到该脚的铜线区域要尽量小。
Feedback——反馈端，这个管脚把输出端的电压反馈到闭环反馈回路。
ON /OFF——这个管脚可以利用逻辑电平把LM2596切断，使输入电流就降到大约80μA。将这个管脚的电压下拉到低于大约1.3V时，LM2596就被打开；而上拉到高于1.3V（最大到25V）时，LM2596就被关断。如果不需要使用这个功能，就可以把这个管脚接地或开路，使IC处于打开的状态。
外接元件
输入电容
这是一个加在输入端和地之间的低等效电阻（Low ESR）的铝或钽旁路电容。且必须通过短的引脚和覆铜线, 使其靠近LM2596，这个电容可以防止在输入端出现过大的瞬态电压，同时为LM2596 在每次开关时提供瞬态电流。
对输入电容而言，最重要的参数是耐压和均方根电流（纹波电流）。由于在开关调节器（LM2596）的输入电容中流过相对较高的均方根电流，所以，是以均方根电流而不是以电容值或耐压值为标准来选择输入电容，虽然电容值和额定电压是直接关系到均方根电流值。
可以把电容的均方根电流等级看作是电容的功率等级，即均方根电流流过电容内部的等效电阻（ESR）产生的功率而使电容的温度上升。电容的均方根电流是由产生使内部温度高于环境温度（105℃）10℃所需热量的电流值来决定的，电容把热量散发到周围环境中的能力将决定电容可以安全工作的最大电流。表面大的电容的均方根电流范围也较大。对于给定的电容值，在体积上，高电压的电解电容要大于低电压的电解电容，这样就有利于把更多的热量散发到周围的环境中去，同样，它的均方根电流范围也更大。
使电解电容在高于均方根电流的情况下工作会缩短它工作寿命，高温会加速电容电解液的蒸发，最终导致电容的损坏。
在选择电容时，要参照（查阅）生产厂家提供的数据表上的最大均方根纹波电流。在最大环境温度为40℃时，一般要选择一个最大均方根纹波电流为直流负载电流的0.5倍的电容，当环境温度达到70℃时，最好选择最大均方根纹波电流为直流负载的0.75
倍的电容，而电容的耐压值至少要高于最大
输入电压的1.25倍，有时为了满足均方根电
流的需要，常常选择耐压值更高的电容。图
13示出了电解电容耐压值、电容值和均方根
电流之间的关系。这些曲线包括了设计有关
开关调节器的应用所需的低等效阻抗、高稳
定性的Nichicon PL系列的电解电容。其他
的电容厂家也提供了类似的电容，但是，使
用时一般要检查其电容数据表。“标准的”
电解电容一般等效阻抗高，均方根电流低，
寿命短。
由于其体积小,性能优良,表面贴装固
体钽电容器通常用于输入旁路电容，但是，
有几点必须事先预防。当超过所能承受的突
变电流时，有一小部分固态钽电容会被短路
（击穿）。这可能发生在输入电压突然开
启时。当然，高的输入电压产生较高的FIGURE 13. RMS 电流等级（典型的低ESR电解电容器）
浪涌电流。有几个电容厂家对其全部产品做了浪涌电流检查，以使这种潜在的问题达到最少。如果需要高的启动电流时，就要在钽电容前面加一些电阻或电感，或选择耐压值高的电容。对铝电解电容，均方根纹波电流必须达到负载电流那么大。
输出电容（C OUT）
这个电容是用来对输出滤波以及提供调整器环
路的稳定性。在设计开关调节器的应用中，必须使用
小阻抗或低等效电阻（LOW ESR）的电解电容或固态
钽电容。在选择输出电容时，几个重要的参数是：
（1）100KHz时的等效阻抗（ESR）；
（2）RMS纹波电流等级；
（3）耐压值；
（4）标称容量。
对输出电容器来说，等效电阻ESR值是最重要的
参数。输出电容的等效电阻值有一个上限和一个下限，
如果需要输出电压的纹波电压小时，则希望输出电容
的等效电阻值小些，这个值由可容许的最大纹波电压
决定，一般是输出电压的1%～2%，但是，如果输出
电容的等效电阻值太小，就有可能使反馈环路不稳定，
最终导致输出端振荡。使用表中所列的电容或
相类似的电容，会解决这个问题。FIGURE 14. 电容器ESR与电容器耐压值关系（典型的低ESR电解电容器）如要求极低的纹波电压(小于15mV)，
参阅后置纹波滤波器部分。
铝电解电容的等效电阻值（ESR）与其电
容值和耐压值有关，在许多情况下，高电压电
解电容器有较低的ESR值见图14），通常，在需
要输出纹波电压小等效阻抗低的情况下，要选
用耐压值高的电解电容。
许多不同的开关电源的设计中，只需要三、四
种电容值或几种不同的耐压值的输出电容就
可以满足设计要求。参见快速设计与组件选择
统计表图2和4的典型电容值、电压等级和制造
厂商电容器的类型。在温度低于-25℃时，建
议不要使用电解电容，因为低温下电解电容的
等效电阻值会急剧增加，典型值是3X @ -25°C
和10X at -40°C.（见图15）。由于固态钽电容在
温度低于-25℃时等效电阻很好，所以，建议在
温度低于-25℃时，要使用固态钽电容。
FIGURE 15. 电容器ESR 变化与温度关系
吸纳二极管
在LM2596的应用（调节器）中，需要一个吸纳二极管来为电感电流（当开关闭合时）提供通路，这必须是一个快速二极管且要靠近LM2596，管脚要短、相连接的导线也要短。
由于肖特基二极管开关速度快、正向压降小，所以，使用中其性能很好，特别是在输出电压低的应用中
（5V或更低）。超快恢复或高效整流二极管在使用中性能也很好。但是在突然关闭时，可能会引起不稳定或EMI（电磁干扰）问题。超快恢复二极管通常的反向恢复时间是50纳秒. 整流器诸如1n5400系列过于缓慢，不应该使用。
电感的选择
所有的调节器都有两种基本的工作方式：连续型和非连续型，两者之间的区别在于流过电感的电流的不同，或者是连续流过，或者是在一个开关周期内经过一段时间后变为零。每一种工作模式都有可以影响调节器性能和需求的不同特点。当负载电流很小时，许多设计中都采用非连续模式。
LM2596既可以用于连续型也可以用
于非连续型。
连续工作模式：
在多数情况下，人们更喜欢用连续模
式，它能够提供更大的输出功率，同时，
峰值开关电流、电感电流、二极管电流和
输出纹波电压很小。但是，这就需要更大
的电感以维持流过电感中的电流的连续
性，尤其是在输出负载电流小或输入电压
高的情况下。
为了简化选择电感的过程，请参阅图
4～图8。这是在假定调节器工作于连续模
式，并且电感的纹波电流的峰峰值为设计
的最大输出电流的某个百分数。这个电感
纹波电流峰峰值的百分数不是固定的，它
可以随着不同的负载电流而改变。如图16
所示。
FIGURE 16. ( I IND)电感起纹波电流峰峰值(占负载电流的百分数)与
负载电流的关系
提高电感器纹波电流百分比，可以使电感的值和大小保持相对偏低。
当工作在连续模式时，电感电流波形从三角波到锯齿波变化（由输入电压决定），而电流波形的平均值等于输出的直流负载电流。
电感器可用不同类型的的铁芯，如壶形铁芯，环型，E型，带绕磁心等，以及不同的磁芯材料。如铁氧体和铁精粉。最便宜的，筒管，棒，用导线缠绕在铁氧体棒上。这个类型为我们提供了一个廉价的电感。但由于磁通量没有完全包含在铁芯内部，它带来了更多的电磁干扰(EMI)。这种磁通量可以感应电压进入附近的印刷电路板的线中，对开关调节器的运行和附近的敏感电路造成问题。
当众多开关调节器位于同一PC板上时, 开放铁芯磁通量可造成两个或两个以上的调节器电路干扰，特别是在大电流情况。一环形或E型电感器(封闭磁结构)应该用于在这些情形。该电感选择图表包括Schott公司的铁氧体E型电感，Renco公司和Coilcraft公司的铁氧体bobbin core型电感，Pulse Engineering公司的铁精粉环型电感。
超过一个电感的最大电流等级可能引起电感过热导致铜线的损坏，或铁芯的饱和。若电感器已开始出现饱和，电感系数迅速减小,电感开始主要表现为电阻(绕组的直流电阻)。这可以使开关电流急剧增加，迫使开关进入到一个cycle-by-cycle current limit，从而减少直流输出负载电流。这也导致电感和lm2596的过热。不同类型电感有不同的饱和特性,这一点记住,在选择一个电感应该注意。电感厂商的资料包括电流和能量的限制，以免电感饱和。
间断工作模式：
在选择指南中选择的电感值,只适用于连续工作模式，而对于低电流或/和高输入电压的应用情况下，非连续模式就是更好的选择。在这种情况下所需的电感尺寸更小，而电感值只需要连续模式的1/2～1/3，在非连续模式下，峰值开关电流和电感电流会更高些，但是在这种低负载电流（1A或小于1A）的情况下，最大的开关电流仍小于极限开关电流。非连续工作模式的电压波形和连续工作模式的电压波形有很大的区别，在输出脚波形上有较弱的正弦噪音存在，但是，对非连续工作模式而言，这是正常的，并不是由反馈环路的不稳定所引起的。在非连续工作模式下，有一段时间内开关管和二极管都不工作，电感电流降到了0，在这段时间内，有少量的能量在电感和开关管/二极管之间流通，同时由寄生电容引起了噪音，通常情况下，这不会成为问题，除非放大倍数足够大以至于使它超过了输入电压，即便如此，很少有目前的能量造成的破坏。
不同的电感类型或不同的磁芯材料会造成不同的程度的噪音，磁芯为铁氧体的电感，由于其磁芯损耗很小，于是造成了很大的噪音，而磁芯损耗很大的铁芯电感造成的噪音反而很小。如果需要，可以在给电感加一些RC网络（与电感并联）以抑制噪音。计算机辅助设计软件Switchers Made Simple(4.3版)将提供所有元件值在连续和间断模式。
输出纹波电压和暂态电压
工作在连续模式下的开关电源的输出电压可能会在开关频率上包含一些锯齿波电压，而在锯齿波的峰值上可能会含有一些短毛刺。
输出纹波电压是由电感的纹波电流和电容的等效电阻引起的，典型的输出纹波电压可以丛输出电压的0.5%到3%。要获得小的纹波电压，输出电容的等效电阻一定要小，但是，当使用等效电阻极小的输出电容时，一定要注意这可能会影响反馈环路的稳定性，并最终导致输出端的振荡问题。如果希望输出纹波电压很小（低于20mV），则推荐使用后置纹波滤波器（参见图1）。所需电感的典型值为1μH～5μH，低的直流电阻保证好的负载调节特性。也需要低等效阻抗的输出滤波电容以确保良好的动态负载响应和纹波抑制。该电容的ESR 可以尽量的低，因为他是调整器反馈环路的输出。图17显示抑制后的纹波电压和无纹波滤波器的对比。
FIGURE 17. Post 纹波滤波器波形
电压毛刺是由输出开关管和二极管的快速开关、输出滤波电容的寄生电感以及与此相关的导线等引起的。要降低这些电压毛刺，就要用专门的适合于开关调节器的电容，同时，它的管脚一定要短。配线电感、分布电容以及用于测量暂态电压的示波器探针都会引起毛刺电压。当调节器工作于连续模式时，电感电流波形从三角波变化到锯齿拨（由输入电压决定）。对一个给定的输入和输出电压，电感电流波形的峰峰值就是一个常数，随着负载电流的升或降，电流的锯齿波也会升或降，电流波形的平均值等于直流负载电流值。如果负载电流降到足够的低，电流锯齿波的波谷就变为零，调节器（开关电源）将平稳地从连续模式变到间断模式。在开关调节器的设计中，如果知道电感纹波电流的峰峰值( I IND)将有利于电路中其他参数的确定。象电感或开关管的峰值电流、电路在转换为非连续模式之前的最小负载电流、输出纹波电压以及输出电容等效阻抗（ESR）这些参数都可以由电感纹波电流的峰峰值计算出来。当利用图4～8的曲线来选择电感值后，则电感纹波电流
的峰峰值就可以立即算出，图18示出了可由不同的负载电流确定的电感纹波电流的峰峰值的范围。曲线图也示出了当电感区域从底边到顶边变化时电感纹波电流的峰峰值的变化，顶边代表高输入电压，底边代表低输入电压（参见电感选择指南）。这些曲线图只有在连续工作模式且用电感选择指南选择电感值时才正确。
FIGURE 18. 电感起纹波电流峰峰值与负载电流的关系
考虑如下的例子：V OUT =5V，最大负载电流2.5A，
V IN =12V(在10～16V间变化)。
如图5所示，2.5A负载电流的垂直线和12V输入电压的水平线的交叉处几乎是33μH电感区域顶边和底边的中间，33μH电感峰值电流(?I IND)是最大负载电流的一个百分数。参照图18，2.5A电流线所经过的电感区域的中间所对应的电感纹波电流的峰峰值约为620 mA。当输入电压增加到16V时，交点就到了电感区域的顶边，对应的电感纹波电流的峰峰值也增加，参照曲线图18，可见负载电流为2.5A时，输入电压为12V时，对应的电感纹波电流的峰峰值为620 mA；当输入电压为16V时，对应的电感纹波电流的峰峰值为740 mA；当输入电压为10V时，对应的电感纹波电流的峰峰值为500 mA。一旦电感纹波电流的峰峰值?I IND已知，就可以利用下面的公式计算开关调节器电路的其他参数。
1.电感和开关管的峰值电流
2.电路工作模式变为非连续之前的最大负载电流
3. 输出纹波电压= (?I IND)x(ESR of C OUT)= 0.62Ax0.1Ω=62 mV pp
4. 输出电容的等效电阻
目录 摘要 (1) 1前言 (1) 2方案确定 (2) 3主电路设计 (2) 3.1 主电路方案 (2) 3.2 工作原理 (3) 3.3参数分析 (4) 4控制电路设计 (5) 4.1 控制电路方案选择 (5) 4.2 工作原理 (6) 4.3 控制芯片介绍 (7) 5驱动电路设计 (9) 5.1 驱动电路方案选择 (9) 5.2工作原理 (10) 6保护电路设计 (11) 6.1 过压保护电路 (11) 6.1.1主电路器件保护 (11) 6.1.2负载过压保护 (12) 6.2 过流保护电路 (13) 7系统仿真及结论 (14) 7.1 仿真软件的介绍 (14) 7.2仿真电路及其仿真结果 (14) 心得体会 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18)
IGBT降压斩波电路设计 摘要：直流-直流变流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，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，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，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路。Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。 关键字：IGBT 直流斩波降压斩波 1前言 随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。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。 IGBT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。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
直流降压斩波电路的设计 摘要: 本实验设计的是Buck降压斩波电路，采用全控型器件IGBT。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。 关键词:降压斩波，主电路、控制电路、驱动及保护电路。 引言：直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，是电力电子领域的一大热点。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。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式，频率调制方式和混合型。脉宽调制方式较为通用。当今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR公司设计制造得多种ECI 软开关DC/DC变换器，最大输出功率有300W、600W、800W等，相应得功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80—90）%。日本NemicLambda公司最新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM系列，其开关频率为200—300KHz,功率密度已达 27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。 1设计目的 直流斩波电路（DC Chopper）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，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，其中IGBT 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。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。
辽宁工业大学 电力电子技术课程设计（论文）题目：降压直流斩波电路实验装置 院（系）：新能源学院 专业班级：电气131班 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2011-12-26至2011-01-6
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：新能源学院教研室：电气 目录 第1章绪论 (4)
1.1 降压直流斩波电路的基本概念 (5) 1.2 降压直流斩波电路的发展 (5) 第2章降压直流斩波斩波电路设计 2.1 降压斩波电路工作原理 (7) 2.1.1降压斩波电路（Buck Chopper） (7) 2.1.2 IGBT驱动电路选择 (8) 2.2 整流电路 (8) 2.3 斩波信号产生电路 (9) 2.3.1由分立元件组成的驱动电路 (9) 2.3.2集成驱动电路 (10) （2）电路原理图及工作原理简介 (11) 2.4 最优参数选择 (13) 2.4.1 整流电路部分 (13) 2.4.2 斩波主电路部分 (13) 2.5 生成总的电路图 (15) 2.5.1 总原理图 (15) 2.5.2 此电路的主要功能 (16) 2.6 保护电路 (16) 2.6.1 整流桥电路部分 (16) 2.6.2 驱动电路部分 (17) 第3章课程设计总结 (18) 参考文献 (18)
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 . 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。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。 TDC-1型学习机是为了配合高等工科院校及高等专科技术学校的“电力电子”或“半导体变流技术”等课程中的直流斩波电路实验并根据当今电力电子技术的发展方向及应用而设计的新型实验装置。该学习机面板上画有原理图。各测试点均装有测试探头可以钩住的端子。测试电压及波形十分方便。使学生在实验课中安全、方便、直观地观察到各种电压、电流的波形及数据。学生实验可以更加深入了解直流斩波电路的工作原理及其典型的应用电 . 关键词：直流；电力电子；变换电路；
湖南工程学院应用技术学院课程设计 课程名称电力电子技术 课题名称DC-DC变换电路分析 专业电气工程 班级 学号 姓名 指导教师李祥来 2014 年月日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：DC-DC变换电路分析 专业班级：电气1184 学生姓名： 学号： 指导老师： 审批： 任务书下达日期2014年月日 设计完成日期2014年月日
前言 直流-直流变流电路（DC-DC Converter）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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路，直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper）,它的功能是将直流电变为另一固定电压或者可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此，也称为带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。习惯上，DC-DC变换器包括以上两种情况，且甚至更多地指后一种情况。 直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础。 降压斩波电路（Buck Chopper）的设计与分析是接下来课程设计的主要任务。。
目录 一．降压斩波电路 (7) 1.1 降压斩波原理： (7) 1.2 工作原理 (8) 1.3 IGBT结构及原理 (8) 二．直流斩波电路的建模与仿真 (11) 2.1IGBT驱动电路的设计.................................... 错误！未定义书签。 2.2电路各元件的参数设定................................ 错误！未定义书签。 2.3元件型号选择 ............................................... 错误！未定义书签。 2.4仿真软件介绍 ............................................... 错误！未定义书签。 2.5仿真电路及其仿真结果................................ 错误！未定义书签。 2.6仿真结果分析 ............................................... 错误！未定义书签。三．课设体会与总结. (19) 四．附录（完整电路图） (19) 五．参考文献 (19) 六．课程设计成绩表 (19)
电力电子技术课程设计 目录 一、引言 (2) 二、设计要求与方案 (2) 2.1设计要求.................................................. ..2 2.2方案确定.................................................. .3 三、主电路设计....................................... .3 3.1主电路方案................................................ ..3 3.2工作原理.................................................. ..4 3.3参数分析.................................................. ..5 四、控制电路设计..................................... .5 4.1控制电路方案选择.......................................... ..5 4.2工作原理.................................................. ..6 4.3控制芯片介绍............................................. ..7 五、驱动电路设计..................................... .9 5.1驱动电路方案选择.......................................... (9) 5.2工作原理..................................................... 10. 六、保护电路设计........................................ .11 6.1过压保护电路................................................ ..11 6.2过流保护电路................................................. ..12 七、系统仿真及结论....................................... .13 八、结论.......................................... .16 九、参考文献........................................... .16
电力电子降压斩波电路课程设计
《电力电子技术》课程设计说明书 直流降压斩波电路的设计与仿真 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名：刘贝贝 指导教师：胡小娣职称助教 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1305 学号： 完成时间： 6月
湖南工学院《电力电子技术》课程设计课题任务书 学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化
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. 直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。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。 关键字：直流斩波，降压斩波
ABSTRACT DC chopper as DC into another fixed voltage DC voltage or adjustable in DC converter, and DC - regenerative power transmission system, charging circuit, switch power, power electronics device and all sorts of electrical equipment transformation in ordinary application. Then appeared such as step-down chopper, booster chopper, lift pressure chopper composite chopper, etc.. the commutation circuit DC chopper technology has been widely used in switching power supply and DC driver, make its smooth acceleration control, and obtain the fast response, managing electric energy effect. All-controlling power electronics device IGBT in traction power transmission and transformation of power transmission and active filter etc widely application. Keywords: DC chopping; Buck chopper
电力电子技术课程设计报告课题：降压斩波电路的设计
目录 一．引言 二．课程设计 1 降压斩波电路的设计目的 2. 降压斩波电路的设计内容及要求 3. 降压斩波电路主电路基本原理 4. IGBT驱动电路 4.1 IGBT简介 4.2驱动电路设计方案比较 5. 保护电路的设计 6. MATLAB仿真 6.1 MATLAB简介 6.2 MATLAB发展历程 6.3主电路仿真 7.PROTEL原理图及PCB图的绘制 8. 心得体会 9. 元件清单 三．参考文献
一．引言 高频开关稳压电源已广泛运用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源，通信电源、通信电源、逆变电源、计算机电源等。它能把电网提供的强电和粗电，它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。BUCK变换器是开关电源基本拓扑结构中的一种，BUCK变换器又称降压变换器，是一种对输入输出电压进行降压变换的直流斩波器，即输出电压低于输入电压，由于其具有优越的变压功能，因此可以直接用于需要直接降压的地方。 二．课程设计 1.降压斩波电路的设计目的 (1). 通过对降压斩波电路（buck chopper）的设计，掌握buck chopper电路的工作原理，综合运用所学知识，进行buck chopper电路和系统设计的能力。 (2). 了解与熟悉buck chopper电路拓扑、控制方法。 (3). 理解和掌握buck chopper电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。 (4). 具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力 2. 降压斩波电路的设计内容及要求 (1). 设计内容: 对Buck Chopper电路的主电路和控制电路进行设计，参数如下：直流电压E＝200V，负载中R＝10 ，L值极大,反电动式E1＝30V。 (2).设计要求 (a)理论设计： 了解掌握Buck Chopper电路的工作原理，设计Buck Chopper电路的主电路和控制电路。包括：IGBT电流,电压额定的选择，画出完整的主电路原理图和控制电路原理图列出主电路所用元器件的明细表 (b).仿真实验: 利用MATLAB仿真软件对Buck Chopper 电路主电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验 (c).实际制作： 利用PROTEL软件绘出原理图，结合具体所用元器件管脚数，外型尺寸，考虑散热和抗
直流斩波电路课程设计
目录 第一章方案的选择和电路的整体结构 (1) 1.1 方案的选择 (1) 1.2 电路的整体结构 (2) 第二章主电路的设计 (3) 2.1 主电路的原理 (3) 第三章驱动电路的设计 (4) 3.1 驱动芯片的选择 (4) 3.2 驱动芯片的介绍 (5) 3.3 驱动电路的设计 (6) 第四章控制电路的设计 (6) 4.1 控制电路的设计原理 (6) 4.2控制电路原理图 (7) 第五章保护电路的设计 (8) 5.1 IGBT的栅极保护 (8) 5.2 IGBT的集电极和发射极的保护 (9) 5.3 IGBT的过热保护 (10) 第六章结论 (10) 心得体会 (11) 附录：ATMEGA16设计源程序 (12) 参考文献 (14)
第一章方案的选择和电路的整体结构 1.1 方案的选择 1.1.1 主电路的选择 本次设计的内容是直流可调电源，目的是实现输出电源的可调节，有以下两种主电路的方案，现对这两种方案进行分析比较。 方案一：桥式全控整流电路 桥式全控直流电路采用四个晶闸管桥式连接，通过控制晶闸管的导通时间使得输出的平均电压降低，实现电压可调。 优点：可以直接用市电进行整流调节。 缺点：晶闸管属于半控器件，控制不灵活。输出电压不稳定，有波动。输入端与输出端进行隔离。 方案二：直流斩波电路 直流斩波电路属于DC-DC变换电路，通过控制电力电子器件IGBT或MOSFET 的通断时间来实现电压大小的可调节。 缺点：不能直接用市电进行设计，需要有恒定的直流电源。 优点：输入端与输出端不用进行隔离，IGBT和MOSFET为全控器件，可以随意的控制其开通或者关断，并且电路结构简单，容易实现。 综上所述，本次设计采用直流斩波电路为设计主电路，并且使用IGBT作为开关器件。 1.1.2 控制电路的选择 控制电路的功能是控制电力电子器件IGBT的通断，现有两种主电路的设计方案，现进行比较分析。
电力电子技术课程设计报告MOSFET升降压斩波电路设计 班级：110306班 姓名：*** 学号：20111049 指导教师：侯云海 时间：2014年1月10日
题目：MOSFET升降压斩波电路设计 一、课程设计的目的 1.电力电子技术的课程设计是《电力电子技术》课程的一个重要 的实践教学环节。它与理论教学和实践教学相配合，可使我们在理论联系实际，综合分析，理论计算，归纳整理和实验研究方面得到综合训练和提高，从而培养学生独立解决实际问题的能力。 2.加深理解电力电子技术的课程内容，建立正确的设计思想，熟 悉工程设计的顺序和方法，提高正确使用技术资料，标准，手册等的独立工作能力。 3.为后续课程的学习打下坚实的基础。 二、设计的技术数据及要求 1、交流电源：单相220V； 2、前级整流输出输电压： U d=50V～80V； 3、输出功率：300W； 4、开关频率5KHz； 5、占空比10%—90%； 6、输出电压脉率：小于10%。
三、设计内容及要求 1、方案的论证及方案的选择： 1.1总体方案论证 图1 1.2 方案一：MOSFET降压斩波电路 MOSFET降压斩波电路原理图 降压斩波电路的原理图以及工作波形如图2所示。该电路使用一个全控型器件 V，图中为MOSFET。为在MOSFET关断时给负载中电感电流提供通道，设臵了续流二极管VD。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。 图2 降压斩波电路原理图
MOSFET降压斩波电路工作原理图 直流降压斩波电路使用一个全控型的电压驱动器件MOSFET，用控制电路和驱动电路来控制MOSFET 的导通或关断。当t=0 时MOSFET 管被激励导通电源U向负载供电，负载电压为Uo=U,负载电流io 按指数曲线上升，当t=t1时控制MOSFET 关断负载电流经二极管VD 续流负载电压Uo 近似为零，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联的电感L较大。电路工作时的波形图如图3所示。 至一个周期T结束，再驱动MOSFET导通，重复上一周期的过程。当电力电子系统工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2所示。 负载电压平均值为：（2.1） 负载电流平均值为：（2.2） 式中，t on为MOSFET处于通态的时间；t off为MOSFET处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。 由式（1.1）可知，输出到负载的电压平均值U o最大为U，减小占空比α，U o随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck 变换器。 根据对输出电压平均值进行调试的方式不同，可分为三种工作方式： （1）保持开关导通时间不变，改变开关T，称为频率调制工作方式； （2）保持开关周期T不变，调节开关导通时间，称为脉冲宽调制
1 绪论 电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设 备中得到广泛的应用。 直流斩波电路（DC C hopper）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，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情 况，直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩 波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。 其中IGBT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。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体 管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率围，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。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，因此发展很快。 直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块，驱动电路模块，除了上述主要模块之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电气隔离。IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电 流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。但以 IGBT 为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:（1）系统损耗的问；2）栅极电阻；（3）驱动电路实现过流过压保护的问题。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活， 大大简化了脉宽调制器的设计及调试。
直流降压斩波电路的设计
直流降压斩波电路的设计 一、设计目的 直流斩波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，也称为直接直流—直流变换器。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况。设计目的如下： （1）培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 （2）培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 （3）通过对直流降压斩波电路的设计，掌握直流降压斩波电路的工作原理，综合运用所学知识，进行直流降压斩波电路和系统设计的能力 （4）培养运用知识的能力和工程设计的能力。 （5）提高课程设计报告撰写水平。 二、设计任务 2.1、设计任务 要求设计降压斩波电路的主电路、控制电路、驱动及保护电路，稳压直流电源15V和直流电压100V的设计 2.2、设计要求 对直流降压电路的基本要求有以下几点： （1）输入直流电压：100V （2）输出电压范围：50V~80V （3）最大输出电流：5A （4）开关频率：40KHz （5）L：1mH 2.3、设计步骤 （1）根据给出的技术要求，确定总体设计方案 （2）选择具体的元件，进行硬件系统的设计 （3）进行相应的电路设计，完成相应的功能 （4）进行调试与修改 （5）撰写课程设计说明书
三、设计方案选择及论证 斩波电路有三种控制方式 （1）脉冲宽度调制（PWM）：开关周期T不变，改变开关导通时间Ton。 （2）频率调制：开关导通时间不变，改变开关周期T。 （3）混合型：开关导通时间和开关周期T都可控，改变占空比。 本次设计采用的是脉宽调制的方法，开关选用全控型器件IGBT，IGBT降压斩波电路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。IGBT是MOSFET与GTR的复合器件。它集中了电力MOSFET和GTR的优点，既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。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，因此发展很快。 电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，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。 四、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、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。 图1 压斩波电路结构框图 在图1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制
IGBT控制的直流斩波电路设计 目录 前言 一、总体设计····························· 1、总体框图··························· 二、电路选择与分析······················ 1 三相桥式整流电路···················· 2 斩波电路························ 3 保护及缓冲电路······················ 4 PWM控制脉冲························· 5 整体电路图·························· 三、总体分析及元器件的选择············ 1 元器件参数的计算···················· 2 元器件清单列表·····················四设计所用参考文献····················五设计收获与体会······················
前言 电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。 电力电子课程设计是为了使学生加深对所学内容的理解，让学生熟悉工程设计的过程、规范和方法、能正确的查缺技术资料、技术手册和标准、培养学生工程设计能力而专门开设的实习专用周。 在电机的直流伺服系统中,速度调节主要通过改变电枢电压的大小来实现.经常采用大功率晶体管脉宽调制调速两种方法,简称PWM,常见于中小功率系统,它采用脉冲宽度调制技术,其工作原理是:通过改变"接通脉冲"的宽度,使直流电机电枢上的电压的"占空比"改变,从而改变电枢电压的平均值,控制电机的转速.而绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综
目录 一、引言 (2) 二、设计要求与方案 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2 方案确定 (3) 三、主电路设计 (3) 3.1 主电路方案 (3) 3.2 工作原理 (4) 3.3 参数分析 (5) 四、控制电路设计 (5) 4.1 控制电路方案选择 (5) 4.2 工作原理 (6) 4.3 控制芯片介绍 (7) 五、驱动电路设计 (9) 5.1 驱动电路方案选择 (9) 5.2 工作原理 (10) 六、保护电路设计 (11) 6.1 过压保护电路 (11) 6.2 过流保护电路 (12) 七、系统仿真及结论 (13) 八、结论 (16) 九、参考文献 (16) 十、致谢 (17)
一、引言 随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小，重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。 开关电源分为AC/DC和DC/DC，其中DC/DC 变换已实现模块化，其设计技术和生产工艺已相对成熟和标准化。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。IGBT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。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET 易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。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。 IGBT降压斩波电路由于易驱动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。 二、设计要求与方案 2.1 设计要求 2.1.1 课程设计目的 1、培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养运用知识的能力和工程设计的能力。 4、提高课程设计报告撰写水平。 2.1.2 课程设计要求 降压斩波电路设计要求： =100V 1、输入直流电压：U d 2、开关频率5KHz 3、输出电压20V 4、最大输出电流：20A 5.L=100mH
最新降压斩波电路-课程设计 电力电子技术课程设计 题目降压斩波电路设计 姓名：__ _______ 所在学院：_ ___ _______ 所学专业：_ __ __ 班级_ __ ________ 学号___ ______ 指导教师：___ _______ 完成时间：__ __ ___ 1 (一) 设计任务书 题目五降压斩波电路（Buck Chopper）的设计 通过对降压斩波电路的设计，掌握其工作原理，运用所学知识，进行降压斩波电路和系统的设计。 了解与熟悉降压斩波电路拓扑，控制方法。 理解和掌握降压斩波电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握器件的选择计算方法。 使设计出的电路在条件（1）直流电压E=50v，R=20?,L、C值极大，Em=30v，（2）直流电压E=50V，R=20?,L=1Mh,C值极大，使电路在此两种条件下在改变占空比的情况下驱动相应的直流电动机运转。
(二) 课程设计的总体要求 1.（1）熟悉降压斩波电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。 （2）掌握基本电路的数据分析、处理;描绘波形并加以判断。 （3）能正确设计电路，画出电路图，分析电路原理。 （4）按时参加课程设计指导，定期汇报课程设计进展情况。 （5）广泛收集相关技术资料。 （6）独立思考，刻苦钻研，严禁抄袭。 （7）按时完成课程设计任务，认真、正确的书写课程设计报告。 （8）培养实事求是、科学严谨的工作态度和认真的工作作风。 2.设计要求 （1）理论设计：了解掌握降压斩波电路的工作原理，设计降压斩波电路的主电路的工作原理，设计降压斩波电路的主电路和控制电路，包括：? IGBT额定电流、电压的选择 ?驱动电路、保护电路的设计。 ?各元器件参数的选择。 （2）完成设计任务书的内容。 2 目录 一、引言 (4) 二、分电路的原理及选择 (5) 2.1 降压斩波电路工作原理 (5)
毕业论文（设计）论文题目：基于UC3842的直流降压斩波电路设计 学生姓名：范俊 学号：0908020269 所在院系：电气工程学院 专业名称：自动化 届次：2013届 指导教师：刘团结
目录 前言 (3) 1 方案选择与论证 (3) 2 系统设计 (5) 2.1 系统设计要求 (5) 3 硬件电路设计 (6) 3.1 输入模块设计 (6) 3.2 反激式变压器设计 (7) 4 测试结果及结果分析 (15) 4.1 测试结果 (15) 4.2 测试结果分析[11] (16) 总结 (16) 参考文献： (17)
淮南师范学院2013届本科毕业论文 基于UC3842的直流降压斩波电路 学生：范俊（指导老师：刘团结） （淮南师范学院电气信息工程学院） 摘要:为了研究基于UC3842的直流降压斩波电路，选择了以UC3842为脉宽控制核心的它激式反激型直流变换器方案，以研究24V到8V的降压变换为实例，详细了说明说明UC3842的用法，外围电路设计，以及反激直流变换器的直接降压斩波工作原理。能实现24V到8V的降压变换，输出功率也能达到10W以上，效率在80%以上。该方案里的UC3842可以直接驱动开关管，控制电路中的反激变压器。通过控制变压器器的工作方式，向负载提供电能。为了整体电路的稳定，又在输出端添加反馈电路。由PC817构成的反馈电路对输出电压采样，把输出电压反馈给UC3842，通过内部比较器，自动的调节脉宽，调节输出电压，以达到稳定。 关键词:它激式、直流变换器、UC3842 Dc buck chopper circuit based on UC3842 Student:Fan Jun(Faculty Adviser：Liu Tuan Jie) (Department of Electrical and Engineering, Huainan Normal Universit) Abstract：To study dc buck chopper circuit based on UC3842, chose the UC3842 as the pulse width control is the core of its shock type flyback type dc converter scheme, as to research in 24 v to 8 v step-down transformation as an example, detailed description the usage of UC3842, peripheral circuit design, and direct decompression of the flyback dc converter working principle of the chopper. Can achieve step-down transformation of the 8 v to 24 v, output can reach more than 10 w, efficiency is above 80%. The scheme of UC3842 switch tube, can be directly driven control circuit of the flyback transformer. By controlling the large transformer works, provide power to load. In order to the overall stability of the circuit, and add feedback circuit on the output side. Composed of PC817 1
电力电子技术课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 专业： 设计时间：
目录 1．降压斩波电路 (6) 一．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 二．D c／D C变换器的设计 (18) 三．测试结果 (19) 四．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 五．课设体会与总结 (30) 六．参考文献 (31)
摘要 介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC ／DC 变换器的设计与实现，具体地分析了该DC ／DC 变换器的设计(拓扑结构、工作模式和储能电感参数设计)，详细地阐述了该DC ／DC 变换器控制系统的原理和实现，最后给出了测试结果 关键词：DC ／DC 变换器，降压斩波，升压斩波，储能电感，直流开关电源，PWM ；直流脉宽调速 一．降压斩波电路 1.1 降压斩波原理： R E U I E E T t t t E t U M on off on on -= ==+=000α 式中on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比，简称占空比火导通比。 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式： 1） 保持开关周期T 不变，调节开关导通时间on t 不变，称为PWM 。 2） 3） on t i E M
1.2 工作原理 1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o 按指数曲线上升 2）t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压u o近似为零，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 ●基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析 ●从能量传递关系出发进行的推导 ●由于L为无穷大，故负载电流维持为I o不变
实验一降压式直流斩波电路（Buck） 一、原理图 在控制开关VT导通ton期间，二极管VD反偏，电源E通过电感L向负载R供电，此间iL增加，电感L的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压Ul=E-u0，左正右负，这个电压引起电感电流iL的线性增加。 2)在控制开关VT关断toff期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD导通，电流iL经二极管VD续流，uL=-u0，电感L向负载R供电，电感的储能逐步消耗在R上，电流iL线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。 图1-1 电路图 二、建立仿真模型 根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。 图1-2 仿真电路图（截图）
仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间10，如图1-3。 图1-3 （截图） 电源参数，电压100v，如图1-4。 图1-4 （截图） 晶闸管参数，如图1-5。
图1-5 （截图）电感参数，如图1-6。 图1-6 （截图）电阻参数，如图1-7。
图1-7 （截图）二极管参数设置，如图1-8。 图1-8 （截图）电容参数设置，如图1-9。
图1-9 （截图） 三、仿真参数设置 设置触发脉冲占空比α分别为20%、50%、70%、90%。与其产生的相应波形分别如图1-10图1-11图1-12图1-13。在波形图中第一列波为输出电压波形，第二列波为输入电压波形。 图1-10 α=20%（截图）
图1-11 α=50%（截图） 图1-12 α=70%（截图）
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目:IGBT降压斩波电路设计（纯电阻负载） 设计条件： 1、输入直流电压：Ud=150V 2、输出功率：250W 3、开关频率4KHz 4、占空比5%~50% 5、输出电压脉率：小于5% 要求完成的主要任务: 1、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路； 2、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真； 3、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的 工作原理、选择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路 典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，并给出仿真波形，说明 仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料； 4、通过答辩。 时间安排：2012.12.24-12.29 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1原理分析及电路设计 (1) 1.1IGBT降压斩波电路组成 (1) 1.2主电路工作原理及结构说明 (1) 2各模块电路设计 (3) 2.1主电路带纯电阻负载 (3) 2.2控制电路 (4) 2.3驱动电路 (6) 2.4保护电路 (7) 2.5各器件参数确定 (8) 3系统仿真及结果分析 (10) 3.1建立仿真电路模型 (10) 3.2设置仿真参数 (11) 3.3仿真结果分析 (14) 3.4结论 (16) 心得体会 (17) 参考文献 (18)
I GBT 降压斩波电路设计 1原理分析及电路设计 1.1IGBT 降压斩波电路组成 直流-直流变流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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路，IGBT 降压斩波电路是直接直流变流电路。直流降压斩波电路不需要输入输出间的隔离。直流电压变换电路主要可控器件为全控器件IGBT ，其所带负载可为阻性感性以及容性。与一般电子电路结构类似，直流降压斩波电路主要分为三个部分，分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。 电路的结构框图如图1所示。 图1 电路结构框图 除了上述主要结构之外，还必须考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电路的电器隔离。 1.2主电路工作原理及结构说明 典型降压斩波电路的原理图如图2所示。 图2 降压斩波电路原理图 主电路 驱动电路电源 触发电路 E V + -M R L VD i o E M u o i G