摘要
当今消费市场中，便携式电子产品所占比重较大，这种产品要求电池体积小、重量轻、使用时间长。高效、低压开关DC-DC转换器，通过提高电源转换效率及改进控制技术，达到了所需要求，因此被广泛应用于电子产品中。
直流—直流交变器（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。直接直流变流电路为称斩波电路，他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，因此也称直-交-直电路。
本次课程设计主要采用直接直流变流电路，由直流稳压电路、BUCK斩波电路以及控制电路三个部分完成BUCK变换器的研究与设计。
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：BUCK变换器的研究与设计
初始条件：
输入电压：20~30V，输出电压：0-15V，输出负载电流：0.1~1A，工作频率：30KHz，采用降压斩波主电路。
要求完成的主要任务：
1. 直流供电电源设计。
2. 降压斩波主电路设计（包括电路结构形式，全控型器件的选择）并讨论主电
路的工作原理。
3.脉宽调制电路（如SG3525集成PWM控制器）及驱动电路设计。
4. 分析PWM控制原理及波形。
5.提供电路图纸至少一张。
课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。
应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。
时间安排：
2011.1.14～2011.1.15 收集资料，确定设计方案
2011.1.16～2011.1.17 系统设计
2011.1.18～2011.1.19 撰写课程设计论文及答辩
指导教师签名：
年月日
引言 (4)
第一章设计要求与方案 (2)
1.1 设计要求 (2)
1.2 方案确定 (3)
第二章直流稳压电源设计 (3)
2.1 设计要求 (3)
2.2 直流稳压电源原理描述 (4)
2.3 设计步骤及电路元件选择 (5)
第三章Buck变换器设计 (5)
3.1 Buck变换器基本工作原理 (9)
3.2 Buck变换器工作模态分析 (9)
3.3 Buck变换器参数设计 (11)
第四章控制电路设计 (13)
4.1控制电路原理 (13)
4.2电路设计 (14)
4.3 PWM控制原理与波形.................................................................. .. (15)
第五章课程设计总结 (17)
参考文献 (18)
附图 (19)
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。
BUCK降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用BUCK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BUCK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。
BUCK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。
第一章 设计要求
1.1 课程设计要求
1、采用降压斩波主电路
2、输入直流电压：20~30V
3、输出电压：0-15V
4、输出负载电流：0.1~1A
5、工作频率：30KHz
1.2 方案确定
电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动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。
根据降压斩波电路设计任务要求设计稳压电源、BUCK 电路及控制电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图1所示。
图1.1降压斩波电路结构框图
在图1结构框图中，BUCK 电路是用来产生降压斩波电路的，控制电路产生的控制信号传到BUCK 电路，使信号为加在开关控制端，可以使其开通或关断。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作
控制电路
稳 压
电 源
BUCK
电路
负载
输出电压Uo
第二章直流稳压电源的设计
2.1设计要求
设计一个输出电压在20~30V可调的串联型直流稳压电源，将市电(220V/50HZ的交流电)经电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路后转变为20~30V的直流稳定电压。
2.2直流稳压电源原理描述
电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。
图2.1直流稳压电源框图
图2.2单向桥式整流电路
图2.3电容滤波电路
图2.4具有放大环节的串联型稳压电路
直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2.1所示。电网供给的交流电压U1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压U2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压U3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压U I。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
图2.2,2.3，2.4串联起来就组成了具有放大环节的串联型稳压电源电路图，其整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为具有放大环节的串联型稳压电路，它由调整元件（晶体管Q1，Q2组成的复合管）；比较放大器（集成运放A）；取样电路R2、R4、R3，基准电压D Z、R1等组成。整个稳压电路是一个具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经比较放大器放大后送至调整管的基极，使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。
2.3设计步骤及电路元件选择
设计过程采用模块化进行，先依次设计好各模块电路及仿真无误后，再将它们串联起来组成总的电路图；
电路元件选择：
1：Ui的确定
Ui=Uo+Uce,因为Uomax=30V,Uce>Uces=1~2V,取Uces=2V,所以Ui=Uomax+Uces=32V;
2:调整管的选择
Ucemax=Ui-Uomin=32-20=12V,查表选择D42C3，为扩大输出电流范围，采用D42C8和D42C3构成的复合管;
3：稳压二极管Dz的选择
Uz小于等于Uomin=20V,所在选用ZPD5.1稳压管，参数为Uz=5.18V,Iz=1~10mA；
4：电阻R1的选择
UR1=Ui-Uz=32-5=27V,IR1取10mA, R1= UR1 / IR1=2.7k,R1取2k;
5: 集成运放的选择
因为本电路对集成运放要求不高，所以选用通用型集成运放；
6：滤波电容C1的选择
为提高滤波效果，C1选用470uf的电解电容；
7：取样环节的电阻R2，R3，R4的确定
Uomax=(R2+R3+R4)*Uz/R3
Uomin=(R2+R3+R4)*Uz/(R3+R4)
其中R4为最大阻值为1Ko的滑动变阻器，Uz=5.18V, Uomax=30V,Uomin=20V,联立方程，可求得R2=264ohm,R3=666ohm;
8：U2及变压器的确定
对于全波整流电路，Ui=1.2U2,所以U2=Ui/1.2=25V,所发选用变比为10：1的变压器，再通过电阻分压后得到14V电压；
9：整流二极管的选择
URm>1.1*1.414*U2=1.1*1.414*14=38V,查表选用1B4B42
第三章 Buck 变换器设计
3.1 Buck 变换器基本工作原理
Buck 电路是由一个功率晶体管开关Q 与负载串联构成的，其电路如图3.1。驱动信号ub 周期地控制功率晶体管Q 的导通与截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压uo 等于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。电路的主要工作波形如图3.2。
+
-
Vin
Q
f
C f
L R D
Ub
Uo
+
-A
图3.1 Buck 变换器电路
Ub
A
U 0
t
t
t
Vin
L
i L
i QON QOff
图3.2 Buck 变换器的主要工作波形
3.2 Buck 变换器工作模态分析
在分析Buck 变换器之前，做出以下假设：
① 开关管Q 、二极管D 均为理想器件； ② 电感、电容均为理想元件； ③电感电流连续；
④ 当电路进入稳态工作时，可以认为输出电压为常数。
在一个开关周期中，变换器有2种开关模态，其等效电路如图1.3所示，各开关模态的工作情况描述如下：
（1）开关模态0[t0~t1]
[t0~t1]对应图1.3（a)。在t0时刻，开关管Q 恰好开通，二极管D 截止。此
时：
dt di
L
U U o i =- （式1-1）
电感中的电流线性上升，式1-1可写成：
on
on on
omin
omax o i T i L
T i i L
U U ?=-=- （式1-2）
（2）开关模态1[t1~t2]
[t1~t2]对应图1.3（b)。在t1时刻，开关管Q 恰好关断，二极管D 导通。此时：
dt di
L
U 0o =- （式1-3）
电感中的电流线性下降，式1-3可写成：
off
off off
omin
omax off
omax
omin o T i L
T i i L
T i i L
U ?=-=--= （式1-4）
式中T off 为开关管Q 的关断时间。在稳态时，i
i i on off
?=?=?，联解式1-2与
式1-4可得：
i
o DU
U = （式1-5）
输出电流平均值：
)
i i 21
I omin omax o +=（ （式1-6）
3.3 Buck 变换器参数设计
3.3.1 Buck 变换器性能指标
输入电压：Vin=20~30V ； 输出性能：Vout=0-15V ；
Iout=0.1~1A ； 开关频率：fs=30KHz 。
3.3.2 Buck 变换器主电路设计
主电路中需要确定参数的元器件有IGBT 、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定，其参数确定过程如下。
(1）电源
因为题目要求输入电压为20-30V ，且连续可调。其直流稳压电源模块 的设计已在前面完成。所以该直流稳压电源作为系统电源。
（2）电阻
因为当输出电压为12V 时，输出电流为0.1-1A 。所以由欧姆定律可得负载
电阻值为 ，可得到电路电阻应该在Ω-12012。
（3) IGBT
+
-
Vin
Q
f
C f
L R D
Ub
Uo
+
-
A
图3.3(a) [t0~t1]
+
-
Vin
Q f
C f
L R D
Ub
Uo
+
-
A
图3.3(b) [t1~t2]
Ub
A
U 0
0t
t
t
Vin
L
i L
i ?t0
t1
t2
QON QOff
图33(a) [t1~t2]的主要工作波形 Ub
A
U 0
0t
t
t
Vin
L
i L
i ?t0
t1
t2
QON QOff
图3.3(b) [t1~t2]的主要工作波形
d
M
I E
U R -=0
由图6易知当IGBT截止时，回路通过二极管续流，此时IGBT两端承受最大正压为30V；而当α=1时，IGBT有最大电流，其值为1A。故需选择集电极最大连续电流Ic>1A，反向击穿电压Bvceo>30V的IGBT。而一般的IGBT基本上都可以满足这个要求。
(4)二极管
当α=1时，其承受最大反压30V；而当α趋近于1时，其承受最大电流趋近于1A，故需选择额定电压大于30V，额定电流大于1A的二极管。
(5)主电路的设计除了要选择IGBT和二极管，还需要确定电感的参数，但电感参数的计算是非常复杂的，在此对电感不予计算，认定电感值L很大。
第四章 控制电路设计
4.1 控制电路原理
为了使变换器的输出电压稳定达到所要求的性能指标，需要对变化器进行闭环控制。其工作原理为：输出电压采样与电压基准送到误差放大器，其输出经过一定的补偿后与锯齿波，即调制波进行交截来控制占空比，从而控制开关管Q 的通断，控制输出电压的稳定，同时还有具有一定的抑制输入和负载扰动的能力。图4.1为闭环控制电路的基本原理图。
+
-Vin
Q
f
C f
L R
D
Uo
A
H(s)
Vref
+-Gc(s)
脉宽调制
图4.1 Buck 电路闭环控制基本原理图
Gc(s)
1/Vm
Gvd(s)
Gvg(s)Zout(s)
H(s)
)
s (ref V ^
)
(v ^
s e
)
(v ^
s c
)
(d ^
s )
(v ^
s )
()s (H v ^
s )
(v
^
s g
)
(i
^
s load
+
+
+--环路增益：T(s)=H(s)Gc(s)Gvd(s)/Vm
T(s)
为了实现闭环控制，为了进一步研究参数对闭环控制的影响，建立PWM 型DC/DC 变换器的小信号模型，如图4.2所示。Gc(s)为补偿器的传递函数，Gvd(s)为低通滤波器的传递函数，Vm 为载波信号的峰峰值。从小信号模型分析，其环路增益T(s)=H(s)Gc(s)Gvd(s)/Vm 。要到到闭环控制的目的，其环路增益T(s)要满足一定的条件：
① 环路增益在低频段要有高增益，呈现积分特性，使系统成为误差系统；
② 环路增益在中频段要提供足够的相角裕度，使系统稳定； ③ 环路增益在高频段要具有-40dB/Dec 的斜率，以抑制高频干扰。
4.2 电路设计
（1）确定环路增益的截止频率fc
为了使系统响应速度较快，那么fc 越大越好；为了抑制开关频率出的干扰，fc 取的越小越好。因此，fc 要这种考虑。通常取fc=(1/4~1/6)fs 。这里取fc=1/5fs=40KHz 。
由|Gvd(40KHz)|=0.212得：
717.4212.0/1)f (G |/1V /|)f (H )f (G |c vd m c c c === 若参考电压Vref=5V ，则H(s)=5/24；又取Vm=2.4V ，那么：
54.342.4/(5/24)
4.717H (fc)/V 717.4|)fc (Gc |m =?==
（2）环路增益低频段要有高增益
由Gvd(s)的幅频特性曲线可知，在低频段增益较低，因此要通过补偿电路提供积分环节，这样提高了系统的型别，使系统成为误差系统。
（3）环路增益高频迅速衰减
通过补偿电路增加2个极点，一个用来消除ESR 所引起的零点的影响，另一个用来使高频段以-40dB/Dec 的斜率衰减。
（4）环路增益要有足够的相角裕度
通过补偿电路增加2个零点，对二阶震荡环节的相位进行补偿，从而获得足够的相角裕度。
综上所述，补偿电路采用双零双极和积分环节的电路，补偿电路如图4.5所示
Vout
Rf1
Rf2
R1
R2
C2
Vref Ve
C1
R3
C3Compensator
图4.5 补偿电路图
从图4.4的补偿电路图可得：
)
s/1)(s/1()
/s 1)(s/1(s )s (Gc 2p p12z z11ωωωωω++++=
（式4-2）
其中，3
1312
2p 2
31p 3122z 1
21z 3111C C C C R 1C R 1)
R R (C 1C R 1)
C C (R 1+=
=
+=
=
+=
ωωωωω，，，，
4.3 PWM 控制原理与波形
本次课程设计采用的是PWM 方式控制全控型器件IGBT 的通断，主要使用的是脉宽
调制器SG3525产生PWM 波形，在电路设计时，由于输出电压Ui 是20-30V 的直流可调电压，而输出是12V 的恒定电压，电路需采用电压闭环的方式设计；于是我考虑到使用负反馈的思想，通过电路输出电压的大小，反馈给脉宽调制器SG3525，脉宽调制器SG3525通过反馈来的电压值来产生PWM 波形，而反馈电压值的大小决定了PWM 波形的脉宽，从而实现IGBT 的通断。PWM 原理波形如图4.6所示。
在电路设计中，脉宽调制器SG3525的正向输入端1接入载波信号，为三角波；在其反向输入端2接入主电路输出电压，即为信号波。SG3525通过这2个端口的电压值比较产生PWM 控制信号，可以设定好三角波的幅值以及斜率，例如当主电路输入电压为30V 时，此时的占空比应该为0.5；当输入电压为20V 时，此时的占空比应该为0.75。而输出电压恒定为12V ，当输出电压高于这个值时，产生的PWM 信号脉宽会减小，从而占空比减小，输出电压降低；当输出电压低于这个值时，产生的PWM 信号脉宽会增加，从而占空比加大，输出电压增加，最终维持在15V 恒定的水平，达到了设计的要求。
图4.6 PWM方式波形图
课程设计总结
通的紧张的一周积极准备和不断地实验，翻阅大量的相关资料，以及在网上不断的收索学校，终于完成了本次电力电子课程设计“BUCK变换器的研究与设计”的设计任务。在设计中，遇到了不少困难与问题，但最终在自己的努力和同学的帮助下都一一化解。可以说本次的课程设计，对自己来说，不仅是一次知识上的扩展，更是意志与信心上的一种锻炼，学习如何完成一个项目。
在选择题目时，选择是基于BUCK变换器的研究与设计，认为比较简单，但当开始着手准备时候，缺发现事情并非如此，首先是题目不仅仅要求设计一个简单的BUCK 电路，要求有可调稳压电源设计、降压斩波主电路、脉宽调制电路及驱动电路设计。其中还要求应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，如何选择，如何计算……种种问题摆在眼前。
经过翻阅资料，上网查看学习，对各个部分都有一定的了解，比如：可调稳压电源设计中，我查阅以前大二时做过的直流稳压电源课程设计，有一定的经验后者设计起来就不会太难。对于降压斩波主电路设计，在学习电力电子技术这门课程时候学习过相关知识，也比较好做。最难的就在于脉宽调制电路及驱动电路设计，经过不懈的努力，结合自动控制原理课程，查考网上的原理，设计出控制电路解决这一难题。
本次设计实现了BUCK变换器简单的运用，对有关电力电子的知识有进一步的认识与了解，对自己的综合能力的提高起到很大的助力，相信这次经历对自己在今后的课程设计中有很大的帮助。
参考文献
1．周克宁《电力电子技术》机械工业出版社，2004；2．王兆安、黄俊《电力电子技术》第五版机械工业出版社，2008；3．李宏《电力电子设备用器件与集成电路应用指南》（1～4册）
机械工业出版社，2001；4．王维平《现代电力电子技术及应用》东南大学出版社，1999；5．叶斌《电力电子应用技术及装置》铁道出版社，1999；
6.王水平、贾静《开关稳压电源原理及设计》人民邮电出版社，2008；
7.周志敏、周纪海《现代开关电源控制电路设计及应用》人民邮电出版社，2005；
8.王正谋、朱力恒《protel 电路设计与仿真技术》福建科学技术出版社，2004。
附图
BUCK变换器设计报告 一、BUCK变换器原理 降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。 二、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器的设计方法 利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。 2、主电路的设计指标 输入电压：标称直流48V，围43~53V 输出电压：直流24V，5A 输出电压纹波：100mV 电流纹波：0.25A
开关频率：250kHz 相位裕量：60° 幅值裕量：10dB 3、BUCK主电路 主电路的相关参数： 开关周期：T S= s f 1=4×10-6s 占空比：当输入电压为43V时，D max=0.55814 当输入电压为53V时，D min=0.45283 输出电压：V O=24V 输出电流I O=5A 纹波电流：Δi L=0.25A 纹波电压：ΔV L=100mV 电感量计算：由Δi L= 2L v- V o max - in DT S 得： L= L o max - in i 2v- V ΔD min T S= 25 .0 2 24 53 ? -×0.4528×4×10-6=1.05× 10-4H
电容量计算：由ΔV L =C i L 8ΔT S 得： C= L L V 8i ΔΔT S = 1 .0825 .0?×4×10-6=1.25×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。 实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR 在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取R ESR =50m Ω。 4、主电路的开环传递函数 in ESR ESR V sC R R sL sC R R s d ) 1//() 1 //()(s V s G O vd +++==）（）（ ) (s )1(C 1)1(s G 2 vd C R R L R R L s V C sR ESR ESR in ESR +++++=）（ in 0 2 V Q s s 11)(G 2 ωωω++ + = z vd s s ESR z CR 1 =ω
S a b e r 仿真作业 Buck 变换器的设计与仿真 目录 1 Buck变换器技 术 .......................................................................................................................... - 2 - 1.1 Buck变换器基本工作原理 ................................................................................................. - 2 - 1.2 Buck变换器工作模态分 析 ................................................................................................. - 2 - 1.3 Buck变化器外特 性 ............................................................................................................ - 3 - 2 Buck变换器参数设 计 ................................................................................................................... - 5 - 2.1 Buck 变换器性能指标 . ........................................................................................................ - 5 - 2.2 Buck变换器主电路设 计 ..................................................................................................... - 5 - 2.2.1 占空比 D . ................................................................................................................. - 5 - 2.2.2 滤波电感 Lf.............................................................................................................. - 5 - 2.2.3 滤波电容 Cf ............................................................................................................. - 6 - 2.2.4 开关管 Q 的选取 ...................................................................................................... - 7 - 2.2.5 续流二极管 D 的选 取 .............................................................................................. - 7 - 3 Buck变换器开环仿 真 ................................................................................................................... - 7 - 3.1 Buck 变换器仿真参数及指标 . ............................................................................................. - 7 -
BUCK变换器设计报告 一、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器设计方法 利用计算机设计BUCK变换器，首先要选取合适的仿真软件。本文采用MATLAB和PSIM设计软件进行BUCK变换器的综合设计。在选取好设计软件之后，先根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真。如果开环仿真结果不能满足设计要求，再考虑选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计。 设计好闭环控制器后，对其进行闭环函数的仿真，选取超调小、调节时间快的闭环控制器搭建模型进行电路仿真。 2、主电路的设计 根据设计指标，采用BUCK电路作为主电路，使用MOSFET元件作为开关元件，这是因为MOSFET的开关速度快，工作频率高，可以满足250khz的开关频率，此外，MOSFET与其他开关器件最显著的不同，是MOSFET具有正温度系数，热稳定性好，可以并联使用，其他开关器件不具有此特性。
（1）BUCK电路的主电路的拓扑图： （2）主电路的基本参数计算: 开关周期：Ts=1/f s=4?10?6s =0.5 占空比(不考虑器件管压降)：D=v0 v in =0.5581 V in=43V时，Dmax=v0 v in =0.4528 V in=53V时，Dmin=v0 v in 输出电压：V o=24V； 输出电流：Io=0.25A; 额定负载：R=V o÷Io=4.8Ω 纹波电流：△I=0.25A； 纹波电压：△V=100mV 电感量理论值计算： 由： ， 得： ，电容量理论值计算： 由：，得 考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故取C=120uF. 由于电解电容一般都具有等效串联电阻R esr,因此在选择的过程中需要注意此电阻的大小对系统性能的影响。一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。取R esr=50mΩ。
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： 8 姓名：陈猛 指导教师：赵涛 起迄日期：—— 设计地点：工程中心4-207
目录 1 引言 2 设计任务及要求 设计任务 设计内容 3 设计方案选择及论证 控制芯片的选择 驱动芯片的选择 4 总体电路设计 5 功能电路设计 主电路的设计 驱动电路的设计 控制电路的设计 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 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，输出电压纹波不大与5%。 设计内容： 1）主电路的设计，器件的选型，电感和输出电容的选择； 2）驱动电路、检测电路和保护电路设计； 3）辅助电源设计，要求提供 DC15V 驱动电源和 5V 控制电源； 4）控制电路的设计，不同频率、不同脉宽 PWM 波的实现。 5）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 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
运动控制系统 课程设计 题目：Buck变换器实现及其调速系统设计与调试 院系： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：
摘要 (3) 第一章概述 (3) 第二章设计任务及要求 (4) 2.1实验目的 (4) 2.2实验内容 (4) 2.3设计要求 (4) 2.4课程设计基本要求 (5) 第三章BUCK变换器的工作原理和各种模型 (6) 3.1B UCK变换器介绍 (6) 3.2B UCK变换器电路拓扑 (6) 3.3PWM控制的基本原理 (7) 第四章MATLAB仿真模型的建立 (9) 4.1MATLA仿真软件介绍 (9) 4.2B UCK电路模型的搭建 (9) 4.3B UCK变换器在电机拖动控制系统中的设计与仿真 (12) 4.3.1直流电机的数学模型 (12) 4.3.2系统在开环情况下的仿真 (13) 4.3.3 系统在闭环情况下的仿真 (14) 第五章总结与体会 (18)
变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压从而改变电机的转速。即需要有一个可控直流源，常用的为直流斩波或者脉宽调制器，其通过电力电子开关控制及电容、电感的充放电及二极管的续流组成直流斩波电路（DC），实现输出电压可控，即升压（BOOST）、降压（BUCK）。本实验主要针对降压斩波电路（BUCK）进行实验分析。实验采用MATLAB作为仿真软件，利用PWM 波驱动降压斩波电路为直流电动机提供驱动电压，并通过调节PWM波的占空比来调节电动机的启动电压使达到调节电动机转速的电路设计。 关键词：S-Function；PWM调制；Buck变换器；闭环控制；直流电动机 第一章概述 直流变换技术（亦称直流斩波技术，DC-DC），作为电力电子技术领域非常活跃的一个分支，在近几年里，得到了充分的发展。随着电动牵引技术的发展，特别是电子信息类产品的大量涌现，直流变换技术已经广泛应用于生产，生活的各个领域。由于其有良好的可操作性，被大量应用到电机的调速系统中，很好的解决了电动机调速的不可控性。 BUCK电路作为一种最基本的DC-DC变换电路，由于其简单、实用性在各种电源产品中均得到广泛的应用。其电路主要器件有电力电子开关（IGBT或MOSFET）、电感、电容、续流二极管。通过对开关的调节控制电压，其一般采用软开关控制方法，即采用脉宽调制技术（ＰＷＭ），通过改变占空比来调节输出电压的大小。其与直流调速系统组成的脉宽调制变换器—直流电机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即ＰＷＭ直流调速系统。存在：１）主电路简单、功率器件少；２）开关频率高、电流容易连续、谐波小；３）低速性能好、稳态精度高；４）低速性能好，稳态精度高，动态抗干扰能力强等优点。 使用MATLAB等仿真分析，再做实物研究，已经逐渐成为电力电子技术研究的主要方法。 本次课程设计使用MATLAB友好的工作平台和编辑环境进行模型编辑工作，运用它的s函数编辑一个简单的脉冲发生器，要求它的占空可调；运用数学处理功能来处理仿真时的实时数据，利用传递函数构造直流电机转速的数学模型，运用它广泛的模块集合工具箱里的Simulink进行电路模型搭建和系统仿真，控制电路的占空比从而控制输出电压的大小，进而调节电机的转速，同时采用负反馈的控制方式，调节转速在一个恒定值。
课程名称：电力电子技术 题目：BUCK变换器设计
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目录 第一章概述 (5) 1.1 本课题在国内外的发展现状与趋势 (5) 第二章Buck变换器设计总思路 (6) 2.1 电路的总设计思路 (6) 2.2 电路设计总框图 (6) 2.3 总电路图 (7) 第三章BUCK主电路设计 (8) 3.1 Buck变换器主电路基本工作原理 (8) 3.2 主电路保护（过电压保护） (9) 3.3 Buck变换器工作模态分析 (10) 3.4 Buck变换器元件参数 (12) 3.4.1 占空比D (12) 3.4.2 滤波电容C f (13) 3.5 Buck变换器仿真电路及结果 (14) 第四章控制和驱动电路模块 (15) 4.1 SG3525A脉宽调制器控制电路 (15) 4.1.1．SG3525简介 (15) 4.1.2．SG3525内部结构和工作特性 (15) 4.2 SG3525构成的控制电路单元电路图 (18) 4.3 驱动电路设计 (18) 第五章课程设计总结 (19)
第六章附录 (20) 第七章参考文献 (21) 第一章概述 1.1 本课题在国内外的发展现状与趋势 从八十年代末起，工程师们为了缩小DC/DC变换器的体积，提高功率密度，首先从大幅度提高开关电源的工作频率做起，但这种努力结果是大幅度缩小了体积，却降低了效率。发热增多，体积缩小，难过高温关。因为当时MOSFET的开关速度还不够快，大幅提高频率使MOSFET的开关损耗驱动损耗大幅度增加。工程师们开始研究各种避开开关损耗的软开关技术。虽然技术模式百花齐放，然而从工程实用角度仅有两项是开发成功且一直延续到现在。一项是VICOR公司的有源箝位ZVS软开关技术；另一项就是九十年代初诞生的全桥移相ZVS软开关技术。 有源箝位技术历经三代，且都申报了专利。第一代系美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术，其专利已经于2002年2月到期。VICOR公司利用该技术，配合磁元件，将DC/DC的工作频率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其转换效率却始终没有超过90%，主要原因在于MOSFET的损耗不仅有开关损耗，还有导通损耗和驱动损耗。特别是驱动损耗随工作频率的上升也大幅度增加，而且因1MHZ频率之下不易采用同步整流技术，其效率是无法再提高的。因此，其转换效率始终没有突破90%大关。 为了降低第一代有源箝位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利。它采用P沟MOSFET在变压器二次侧用于 forward电路拓朴的有源箝位。这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关（ZVS）边界条件较窄，在全工作条件范围内
电子科技大学中山学院新型电源设计实践报告 设计名称基于BUCK变换器的开关电源设计 学院机电学院 班级 14级电气A班 学号姓名 2014100500521 刘连红 指导教师余翼 机电工程学院 2017年 12月 27日
一、设计要求与内容 开关电源是20世纪60年代电源历史上的一次革命，它安装于各种家用电器、工业设备及军用电子装置中，同时作为赋能装置应用于各个领域。比如在电力系统中的应用、在通信领域中的应用、在蓄电池充电中的应用、在风能\太阳能发电中的应用。这次我们要求设计一个9-12V的情况下，通过一个开关电源得到一个稳定的5V/1A的直流输出。我们要求这个开关电源有整流的功能，同时通过反馈控制，有稳压，调压，降压的功能。从而得到稳定的一个直流输出。 二、人员分工与时间安排表 三总体方案设计与论证 3.1 设计思路和流程
1.经过题目选定，确定使用基于BUCK变换器的电源设计。 2.在方案选择过程中，因为考虑到是非隔离电源，使用集成PWM调制芯片简化电路设计。 3.在分析了UC3842，SG3525等芯片的功能与参数后，选择MC34063作为控制方案，该芯片本身也有较强的驱动能力，可直接外接滤波电路与反馈电路来进行电源设计。 4.通过外接场效应管的方式极大增强了驱动能力，该场效应管最大电流可到达17A以上，设计中仅利用不到1A，如果更换滤波电路中的元器件，输出功率可以得到数倍的提升。如果将采样电阻改为电位器，还可以灵活调节输出电压。 3.2 开关电源总电路框图 图3-1 开关电源总电路框图 四、开关电源原理图各部分说明及计算 4.1总原理图的介绍 开关电源是指调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态，上图为工作过程。 基准电压为固定值，由于输入波动或负载变化导致输出电压减小，采样电压将减小，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大。同理，当由于输入波动或负载变化导致输入电压增大时，脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。 4.2 各部分的说明与计算
Buck 变换器的环路设计 1． 功率级传递函数 R1L1 Q1 buck 变换器功率级电路示意图 其传递函数为 1 )(1121+??++??+??=s C R ESR s C L s C ESR V V out out out i o 分子为一阶微分环节，有一个零点，其转折频率为 out zero C ESR f ?=π21 分母为二阶积分环节， 其阻尼系数1 2L C R out =ζ，其中ESR R R +=1 当1>ζ时，系统为过阻尼状态，有两个不同的极点。 当1=ζ时，系统为临界阻尼状态，有两个相同的极点。 当1<ζ时，系统为欠阻尼状态，有两个共轭的复数极点。 在DCDC 变换器中，为了获得较高的效率，会尽可能的减小R 的值，所以通常系统都是处在欠阻尼状态。
10 2103104105-40-20 20 102103104105 -200-150 -100 -50 典型的buck 变换器功率级幅频和相频特性曲线。 参数：Cout=100uF ，L1=2.2uH ，ESR=1m Ω,R1=10m Ω 在功率级的传函中，有一个由ESR 和Cout 构成的零点。当ESR 比较小时，幅频曲线在转折频率后会以-40db/dec 衰减，相频曲线也会由0deg 急剧的下降为－180deg 。在控制回路的环路补偿中就必须增加额外的相位超前补偿，否则不能满足要求的相位裕度。 当ESR 较大时，由ESR 和Cout 组成的零点会抵消到一个极点，控制回路中不需要额外的相位超前补偿，就能满足要求的相位裕度。 下图为ESR=100m Ω（其余参数相同）的幅频和相频特性曲线。可以看出，其相位最低降到-100deg ，尚有80deg 的相位裕度。
编号 XXXX大学 毕业设计 题目高频同步整流BUCK变换器的 设计与仿真
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
毕业设计（论文）开题报告 一、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等） 1. 选题背景及课题目的和意义 自第三次工业革命以来，电力电子技术飞速发展，广泛应用于电力、电子、通信、计算机等领域。其中，开关功率变换器作为一种基本的电力电子元件，国内外对于其应用和研究进行了广泛的探讨。然而随着电力工业发展，用户对电能质量的要求越来越高，各种电子元件特别是微处理器对供电模块的性能提出了极高的要求，传统的控制方法越来越不适用于现代电力工业对负载动态响应速度，稳态精度和传输效率的要求。经过半个多世纪的不断探索，开关功率变换器的控制技术有了脱胎换骨的变化，实现了从传统的模拟调制向数字调制，从单一电压调制向电压、电流、电荷以及组合调制方式的转变，有效的提高了变换器的动态性能。 本课题的目的在于综合分析比较现有调制方式，选择合理的有现实意义的调制策略，对其进行深入分析和研究，最终实现所选择方式的实验实现，为进一步的研究提供基础，实现相关领域人才和技能的培养。 2. 国内外研究现状与选型分析 按照开关变换器控制方式的发展历程，经历了从模拟控制到数字控制，从单环控制到双环控制，从线性控制到非线性控制，从单一控制量到组合控制的转变，有效的提高了开关变换器的快速响应能力，可以较好的满足现代电力工业对复杂电力环境下调制的要求。 模拟控制技术是最早应用于各个控制领域，不失为一种有效的控制手段，但随着电子信息工业的发展和微型计算机的普及，基于计算机的数字控制技术异军突起，借助于信息工业的优势，称为现代控制技术的主要发展方向。模拟控制技术是一种连续控制，通过事先计算好的电感电容参数组建电路，实现对输出量的控制。经过多年的发展，模拟控制技术已经相当成熟，然而其依然存在难以克服的固有缺陷： ①元器件比较多，控制电路复杂，不易于小型化； ②控制策略受到电路元件和电路结构的局限，控制电路成型后很难修改； ③由于模拟元件参数随工作环境变化，导致系统控制精度下降； ④调试不方便，难以实现复杂控制方案，灵活性较低。 此外，还存在没有内置的限流功能保护电路器件，对输入和输出的瞬变响缓慢等缺点，但在早期应用中不失为一种有效的控制方案。 数字控制技术是一种离散控制，通过A/D转换器将模拟量离散后输入计算机控制系统，不依赖于具体的电路元件。早期由于数字元件的成本、性能等自身问题，未能大规模应用于控制领域。近年来，随着微机工业的进步，数字控制技术也迎来了快速发展。相较于模拟控制技术，数字控制技术具有很多突出的优点：
(完整)BUCK电路方案设计 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)BUCK电路方案设计）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)BUCK电路方案设计的全部内容。
项目2 项目名称基于PWM控制 Buck变换器设计 一、目的 1．熟悉Buck变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。 2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理， 3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。 二、内容 设计基于PWM控制的Buck变换器，指标参数如下： ?输入电压：9V～12V； ?输出电压:5V，纹波<1%； ?输出功率：10W ?开关频率：40kHz ?具有过流、短路保护和过压保护功能,并设计报警电路。 ?具有软启动功能。 ?进行Buck变换电路的设计、仿真（选择项)与电路调试。 三、实验仪器设备 1. 示波器 2。稳压电源 3。电烙铁 4. PC817隔离 5. 计算机 6。 PWM控制芯片SG3525 7。 IRF540_MOSFET 8。 MUR1560快恢复整流二极管 9。 74HC74N_D触发器 10。 LM358放大器 11。万用表 12. 电容、电感、电阻
四、研究内容 （一）方案设计 基于PWM控制的Buck变换器主要由五部分构成，功率主电路、PWM发生电路、MOSFET 驱动电路、隔离电路和保护电路组成。Buck变换器的基本控制思路框图如图1。1所示，总体电路图如图1.2所示。 图1.1 Buck变换器控制框图 图1.2 总体电路图 1、功率主电路
B U C K变换器设计报告 一、BUCK变换器原理 降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。 二、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器的设计方法 利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。 2、主电路的设计指标 输入电压：标称直流48V，范围43~53V 输出电压：直流24V，5A 输出电压纹波：100mV 电流纹波： 开关频率：250kHz 相位裕量：60°
幅值裕量：10dB 3、BUCK主电路 主电路的相关参数： 开关周期：T S= s f 1=4×10-6s 占空比：当输入电压为43V时，D max= 当输入电压为53V时，D min=输出电压：V O=24V 输出电流I O=5A 纹波电流：Δi L= 纹波电压：ΔV L=100mV 电感量计算：由Δi L= 2L v- V o max - in DT S得： L= L o max - in i 2v- V ΔD min T S= 25 .0 2 24 53 ? -××4×10-6=×10-4H
电容量计算：由ΔV L =C i L 8ΔT S 得： C=L L V 8i ΔΔT S =1 .0825.0 ×4×10-6=×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。 实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR 在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取R ESR =50m Ω。 4、主电路的开环传递函数 取R ESR =50m Ω，R=Ω，C=120μF ，L=105μH ，V in =48V ， 可得传递函数为： 在MATLAB 中根据开环传递函数画出Bode 图： >> clear >> num0=[,48]; >> den1=[,,1]; >> bode(num0,den1) >> [kg,gm,wkg,wgm]=margin(num0,den1)
《运动控制系统》 课程设计报告 设计题目：Buck变换器实现及调速系统设计与实践班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
目录 摘要 第一章...........................................................概述 . (2) 第二章设计任务及要求 (3) 2.1 实验目的 (3) 2.2 实验内容 (3) 2.3 设计要求 (4) 2.4实验（设计）仪器设备和材料清单 (4) 2.5 课程设计基本要求 (4) 第三章BUCK变换器的工作原理和各种模型 (4) 3.1 Buck变换器介绍 (4) 3.2 Buck变换器电路拓扑 (5) 3.3 PWM控制的基本原理 (6) 第四章MATLAB仿真模型的建立 (7) 4.1 MATLAB仿真软件介绍 (7) 4.2 BUCK电路模型的搭建 (7) 4.3 Buck变换器在电机拖动控制系统中的设计与仿真 (10) 4.3.1直流电机的数学模型 (10) 4.3.1系统在开环情况下的仿真 (12) 4.3.1系统在闭环情况下的仿真 (12) 第五章总结与体会 (15) 参考文献 (15)
摘要：变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压从而改变电机的转速。即需要有一个可控直流源，常用的为直流斩波或者脉宽调制器，其通过电力电子开关控制及电容、电感的充放电及二极管的续流组成直流斩波电路（DC），实现输出电压可控，即升压（BOOST）、降压（BUCK）。本实验主要针对降压斩波电路（BUCK）进行实验分析。实验采用MATLAB作为仿真软件，利用PWM波驱动降压斩波电路为直流电动机提供驱动电压，并通过调节PWM波的占空比来调节电动机的启动电压使达到调节电动机转速的电路设计。 关键词：S-Function；PWM调制；Buck变换器；闭环控制；直流电动机 第一章概述 直流变换技术（亦称直流斩波技术，DC-DC），作为电力电子技术领域非常活跃的一个分支，在近几年里，得到了充分的发展。随着电动牵引技术的发展，特别是电子信息类产品的大量涌现，直流变换技术已经广泛应用于生产，生活的各个领域。由于其有良好的可操作性，被大量应用到电机的调速系统中，很好的解决了电动机调速的不可控性。 BUCK电路作为一种最基本的DC-DC变换电路，由于其简单、实用性在各种电源产品中均得到广泛的应用。其电路主要器件有电力电子开关（IGBT或MOSFET）、电感、电容、续流二极管。通过对开关的调节控制电压，其一般采用软开关控制方法，即采用脉宽调制技术（ＰＷＭ），通过改变占空比来调节输出电压的大小。其与直流调速系统组成的脉宽调制变换器—直流电机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即ＰＷＭ直流调速系统。存在：１）主电路简单、功率器件少；２）开关频率高、电流容易连续、谐波小；３）低速性能好、稳态精度高；４）低速性能好，稳态精度高，动态抗干扰能力强等优点。 使用MATLAB等仿真分析，再做实物研究，已经逐渐成为电力电子技术研究的主要方法。 本次课程设计使用MATLAB友好的工作平台和编辑环境进行模型编辑工作，运用它的s函数编辑一个简单的脉冲发生器，要求它的占空可调；运用数学处理功能来处理仿真时的实时数据，利用传递函数构造直流电机转速的数学模型，运用它广泛的模块集合工具箱里的Simulink进行电路模型搭建和系统仿真，控制电路的占空比从而控制输出电压的大小，进而调节电机的转速，同时采用负反馈的控制方式，调节转速在一个恒定值。
一．设计要求 1.输入电压直流200V。 2.阻性负载，负载电阻在5~20Ω范围内变化。 3.输出电流恒定于5A。 4.纹波电流（纹波电压）低于1%。 5.控制电路可用数字电路（单片机为核心），也可用模拟电路（PWM 发生芯片为核心，如SG3525） 二、基于buck变换电路的稳压电源： 1.关于buck变换器 目前高频高效的buck变换器的应用越来越广泛。通常系统在满输出负载时，系统工作于ccm即连续电流模式。但是，当系统的输出负载从满载到轻载然后到空载变化的过程中，系统的工作模式也会发生相应的变化。对buck电路拓扑解释如下： ?T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT)，当时，T导通。 ?D：续流二极管。 ?L和C组成LPF。
（1） 其工作原理如下： 当 时，控制信号使得T 导通，D 截止，向L 充磁,向C 充电； 当 时，T 截止，D 续流，U0靠C 放电和L 中电流下降维持。 （2） 主要波形为： [0,]t DT ∈[,]t DT T ∈
（3） 假设及参数计算 T ，D 均为理想器件，L 较大，使得在一个周期内电流连续且无内阻，直流输出电压U0为恒定，整个电路无功耗，电路已达稳态。 当晶体管T 导通工作模式： （0≤t ≤t1=KT ） 二极管D 导通工作模式：（t1≤t ≤T ） 0L L d di u u u L dt =-=21011 d I I I U U L L t t -?-==01 ()d U U t I L -?=21 I I I ?=-021 I U L t t ?=-021() U t t I L -?=
S a b e r仿真作业Buck变换器的设计与仿真
目录 1 Buck变换器技术 .......................................................................................................................... - 2 - 1.1 Buck变换器基本工作原理 ................................................................................................. - 2 - 1.2 Buck变换器工作模态分析 ................................................................................................. - 2 - 1.3 Buck变化器外特性 ............................................................................................................ - 3 - 2 Buck变换器参数设计................................................................................................................... - 5 - 2.1 Buck变换器性能指标......................................................................................................... - 5 - 2.2 Buck变换器主电路设计..................................................................................................... - 5 - 2.2.1 占空比D .................................................................................................................. - 5 - 2.2.2 滤波电感Lf.............................................................................................................. - 5 - 2.2.3 滤波电容Cf ............................................................................................................. - 6 - 2.2.4 开关管Q的选取...................................................................................................... - 7 - 2.2.5 续流二极管D的选取 .............................................................................................. - 7 - 3 Buck变换器开环仿真................................................................................................................... - 7 - 3.1 Buck变换器仿真参数及指标.............................................................................................. - 7 - 3.2 Buck变换器开环仿真结果及分析 ...................................................................................... - 8 - 4 Buck变换器闭环控制的参数设计................................................................................................. - 9 - 4.1 闭环控制原理..................................................................................................................... - 9 - 4.2 Buck变换器的闭环电路参数设计 .................................................................................... - 10 - 4.2.1 Gvd(s)的传递函数分析 .......................................................................................... - 10 - 4.2.2 补偿环节Gc(s)的设计........................................................................................... - 12 - 4.2.3 补偿环节参数设计................................................................................................. - 14 - 5 Buck变换器闭环仿真................................................................................................................. - 18 - 5.1 Buck变换器闭环仿真参数及指标 .................................................................................... - 18 - 5.2 Buck变换器闭环仿真电路原理图 .................................................................................... - 19 - 5.3 Buck变换器的闭环仿真结果与分析................................................................................. - 19 - 6 总结 ........................................................................................................................................... - 21 -