辽宁工业大学
电力电子技术课程设计（论文）题目： BUCK型DC-DC变换器电路设计
院（系）：电气工程学院
专业班级：自131班
学号： 130302011
学生姓名：李君奥
指导教师：（签字）
起止时间：2016..1.04-2016.01.15
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
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。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。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。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。
直流斩波电路由控制电路，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。在Matlab仿真实验中，当输入电压为600VDC时，输出电压为220VDC，输出额定电流为2.5A，当输入电压在小范围变化时，电压调整率≤5%,变换器在满载时效率≥90%。
关键词：直流；降压斩波；电力电子；变换电路；
目录
第1章绪论 (1)
第2章课程设计的方案 (2)
2.1 概述 (2)
2.2 系统组成总体结构 (2)
第3章电路设计 (3)
3.1 主电路设计 (3)
3.1.1 主电路方案 (3)
3.1.2 工作原理 (3)
3.1.3 参数分析 (4)
3.2 驱动电路设计 (5)
3.2.1 驱动电路方案选择 (5)
3.2.2 工作原理 (6)
3.3 控制电路设计 (6)
3.3.1 控制电路方案选择 (7)
3.3.2 工作原理 (8)
3.3.3 控制芯片介绍 (9)
3.4 保护电路设计 (11)
3.4.1 过压保护电路 (11)
3.4.2 主电路器件保护 (11)
3.4.3 负载过压保护 (11)
3.4.4 过流保护电路 (12)
第4章仿真设计 (14)
4.1 仿真软件说明 (14)
4.2 仿真模型搭建 (15)
4.3 仿真分析 (17)
第5章课程设计总结 (18)
参考文献 (19)
第1章绪论
结合课程设计题目及任务要求，概括叙述与之相关的发展技术。该部分内容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。
斩波电路分为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MOSFE T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。
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BUCK 降压斩波电路的发展。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。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:系统损耗的问，栅极电阻，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。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BUCK降压斩波电路的发展。
直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及二十世纪八十年代兴起的电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。
第2章课程设计的方案
2.1概述
本次设计主要是综合应用所学知识，设计出BUCK型DC-DC变换器电路设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“电力电子技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握电力电子系统设计的基本方法。
应用场合: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。
系统功能介绍: 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。
2.2系统组成总体结构
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。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2.1所示。
图2.1 降压斩波电路结构框图
在图2.1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信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。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。控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。
第3章电路设计
3.1主电路设计
3.1.1主电路方案
根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的BUCK降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的IGBT管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。
3.1.2工作原理
根据所学知识，直流降压斩波主电路如图3.1所示：
图3.1 主电路图
直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压U=E，负载电流I按指数曲线上升。电路工作时波形图如图3.2所示：
图3.2 降压电路波形图
当1t t =时刻，控制IGBT 关断，负载电流经二极管D V 续流，负载电压0u 近似为零，
负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联L 值较大的电感。至一个周期T 结束，再驱动IGBT 导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为
（3-1）
on t 为IGBT 处于通态的时间；off t 为处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比。通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值Uo 最大为E ，若减小占空比α，则Uo 随之减小。由此可知，输出到负载的电压平均值Uo 最大为U i ，若减小占空比α，则Uo 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。
3.1.3 参数分析
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，其参数确定如下：
(1)电源 要求输入电压为600V 。
(2)电阻 因为当输出电压为220V 时，假输出电流为2.5A 。所以由欧姆定律
（3-2） 可得负载电阻值为88欧姆。
(3)IGBT 由图3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600V ；而当α=1时，IGBT 有最大电流，其值为6.8A 。故需选择集电极最
大连续电流c I =A 6.13，反向击穿电压V B vceo 1200
=的IGBT ，而一般的IGBT 都满足i G i o
0I U R =i i i t t U U U U t t T α===+on on o on off
要求。
(4)二极管 其承受最大反压600V ，其承受最大电流趋近于27.2A ，考虑2倍裕量，故需选择V U N 1200≥，A I N 2.27≥的二极管。
(5)电感 L=100mH
（6）开关频率 f=5KHz
（7）电容 设计要求输出电压纹波小于1
3.2 驱动电路设计
3.2.1 驱动电路方案选择
IGBT 是电力电子器件，控制电路产生的控制信号一般难以以直接驱动IGBT 。因此需要信号放大的电路。另外直流斩波电路会产生很大的电磁干扰，会影响控制电路的正常工作，甚至导致电力电子器件的损坏。因而还设计中还学要有带电气隔离的部分。
该驱动部分是连接控制部分和主电路的桥梁，驱动电路的稳定与可靠性直接影响着整个系统变流的成败。具体来讲IGBT 的驱动要求有一下几点：
1）动态驱动能力强，能为IGBT 栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。否则IGBT 会在开通及关延时，同时要保证当IGBT 损坏时驱动电路中的其他元件不会被损坏。
2）能向 IGBT 提供适当的正向和反向栅压，一般取+15 V 左右的正向栅压比较恰当，取-5V 反向栅压能让IGBT 可靠截止。
3）具有栅压限幅电路，保护栅极不被击穿。IGBT 栅极极限电压一般为土20 V ，驱动信号超出此范围可能破坏栅极。
4）当 IGBT 处于负载短路或过流状态时，能在IGBT 允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT 的软关断。驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。
针对以上几个要求，对驱动电路进行以下设计。针对驱动电路的隔离方式，有以下2种驱动电路，下面对其进行比较选择。
方案1：采用光电耦合式驱动电路，该电路双侧都有源。其提供的脉冲宽度不受限制，较易检测IGBT 的电压和电流的状态，对外送出过流信号。另外它使用比较方便，稳定性比较好。但是它需要较多的工作电源，其对脉冲信号有1us 的时间滞后，不适应于某些要求比较高的场合。
方案2：采用变压器耦合驱动器，其输入输出耐压高，电路结构简单，延迟小。但是它不能实现自动过流保护，不能实现任意脉宽输出，而且其对变压器的绕制要求严格。
通过以上比较，结合本系统中，对电压要求不高，而且只有一个全控器件需要控制，
使用光耦电路，使用方便，所以选择方案1。
对于方案1可以用EXB841驱动芯片来实现也可以直接用光耦电路进行主电路与控制电路隔离，再把驱动信号加一级推挽电路进行放大使得驱动信号足以驱动IGBT管。由于我所设计的过流保护电路是利用控制芯片10端来设计的，且直接用光耦电路比较简单，所以我没有用驱动芯片而是直接用光耦电路。
3.2.2工作原理
如图3.3所示，IGBT降压斩波电路的驱动电路提供电气隔离环节。一般电气隔离采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器，光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。本电路中采用的隔离方法是，先加一级光耦隔离，再加一级推挽电路进行放大。采用的光耦是TLP521-1。为得到最佳的波形，在调试的过程中对光耦两端的电阻要进行合理的搭配。
图3.3 驱动电路
原理：控制电路所输出的信号通过TLP521-1光耦合器实现电气隔离，再经过推挽电路进行放大，从而把输出的控制信号放大。
3.3控制电路设计
3.3.1控制电路方案选择
控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的。
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ton，称为脉冲宽度调制或脉冲调宽型；
2.保持导通时间不变，改变开关周期T，成为频率调制或调频型；
3.导通时间和周期T都可调，是占空比改变，称为混合型。
因为斩波电路有这三种控制方式，又因为PWM控制技术应用最为广泛，所以采用PWM控制方式来控制IGBT的通断。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术。这种电路把直流电压“斩”成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲宽度进行调制，只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压，因此脉冲既是等幅的，也是等宽的，仅仅是对脉冲的占空比进行控制。
图3.4 SG3525引脚图
对于控制电路的设计其实可以有很多种方法，可以通过一些数字运算芯片如单片机、CPLD等等来输出PWM波，也可以通过特定的PWM发生芯片来控制。因为题目要求输出电压连续可调，所以我选用一般的PWM发生芯片来进行连续控制。
对于PWM发生芯片，我选用了SG3525芯片，其引脚图如图3.4所示，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。
其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。脚6、脚7内有一个双门限比较器，内设电容充放电电路，加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。振荡器还设有外同步输入端(脚3)。脚1及脚2分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两级差分放大器。根据系统的动
态、静态特性要求，在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络，另外当10脚的电压为高电平时，11和14脚的电压变为10输出。
3.3.2 工作原理
由于SG3525的振荡频率可表示为 ： )
37.0(1d t t R R C f += （3-3） 式中:t C , t R 分别是与脚5、脚6相连的振荡器的电容和电阻；d R 是与脚7相连的放电
端电阻值。根据任务要求需要频率为40kHz ，所以由上式可取t C =0.01μF , t R =
Ωk 1,d R =Ω600。可得f =40kHz ，满足要求。
图3.5 控制电路
SG3525有过流保护的功能，可以通过改变10脚电压的高低来控制脉冲波的输出。因此可以将驱动电路输出的过流保护电流信号经一电阻作用，转换成电压信号来进行过流保护，同理也可以用10端进行过压保护，如图3.5所示10端外接过压过流保护电路。当驱动电路检测到过流时发出电流信号，由于电阻的作用将10脚的电位抬高，从而11、14脚输出低电平，而当其没有过流时，10脚一直处于低电平，从而正常的输出PWM 波。
SG3525还有稳压作用。1端接芯片内置电源，2端接负载输出电压，通过1端的变位器得到它的一个基准电位，从而当负载电位发生变化时能够通过1、2所接的误差放大器来控制输出脉宽的占空比，若负载电位升高则输出脉宽占空比减小，使得输出电压减小从而稳定了输出电压，反之则然。调节变位器使得1端得到不同的基准电位，控制输
出脉宽的占空比，从而可使得输出电压为50-80V 范围。
3.3.3 控制芯片介绍
本控制电路是以SG3525 为核心构成,SG3525 为美国Silicon General 公司生产的专用，它集成了PWM 控制电路,其内部电路结构及各引脚功能如图4.3所示,它采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源,锯齿波振荡器,误差放大器,比较器,分频器和保护电路等.调节Ur 的大小,在11,14两端可输出两个幅度相等,频率相等,相位相差, 占空比可调的矩形波(即PWM 信号).然后，将脉冲信号送往芯片HL402，对微信号进行升压处理，再把经过处理的电平信号送往IGBT ，对其触发，以满足主电路的要求。
图3.6 SG3525A 芯片的内部结构
（1）基准电压调整器
基准电压调整器是输出为 5.1V ，50mA ，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V 时，可把15、16脚短接，这时5V 电压调整器不起作用。
（2）振荡器
3525A 的振荡器，除CT 、RT 端外，增加了放电7、同步端3。RT 阻值决定了内部恒流值对CT 充电，CT 的放电则由5、7端之间外接的电阻值RD 决定。把充电和放电回路分开，有利于通过RD 来调节死区的时间，因此是重大改进。这时3525A 的振荡频率可表为： （3-4）
在3525A 中增加了同步端3专为外同步用，为多个3525A 的联用提供了方便。
同步脉冲
)
R 3R 7.0(C 1f D T T S +=
的频率应比振荡频率fs 要低一些。
(3)误差放大器
误差放大器是差动输入的放大器。它的增益标称值为80dB ，其大小由反馈或输出负载决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。该放大器共模输入电压范围在1.8~3.4V ，需要将基准电压分压送至误差放大器1脚（正电压输出）或2脚（负电阻输出）。
3524的误差放大器、电流控制器和关闭控制三个信号共用一个反相输入端，3525A 改为增加一个反相输入端，误差放大器与关闭电路各自送至比较器的反相端。这样避免了彼此相互影响。有利于误差放大器和补偿网络工作精度的提高。
(4)闭锁控制端10
利用外部电路控制10脚电位，当10脚有高电平时，可关闭误差放大器的输出，因此，可作为软起动和过电压保护等。
(5)有软起动电路
比较器的反相端即软起动控制端8，端8可外接软起动电容。该电容由内部Vref 的50μA 恒流源充电。达到2.5V 所经的时间为
（3-5）
占空比由小到大（50％）变化。
(6)增加PWM 锁存器使关闭作用更可靠
比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM 锁存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使倘存器复位为止。
另外，由于PWM 锁存器对比较器来的置位信号锁存，将误差放大器上的噪音、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于可靠性提高。
(7)增设欠压锁定电路
电路主要作用是当IC 块输入电压小于8V 时，集成块内部电路锁定，停止工作（其准源及必要电路除外），使之消耗电流降到很小（约2mA ）。
(8)输出级
由两个中功率NPN 管构成，每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出100mA 。组间是相互隔离的。电路结构改为确保其输出电平或者是高电平或者是低电平的一个电平状态中。为了能适应驱动快速的场效应功率管的需要，末级采用推拉式电路，使关断速度更快。11端（或14端）的拉电流和灌电流，达100mA 。在状态转换中，由于存在8C A 50V 5.2t ?μ=
开闭滞后，使流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，其持续时间约100ns。使用时VC接一个0.1μf电容可以滤去尖峰。另一个不足处是吸电流时，如负载电流达到50mA以上时，管饱和压降较高（约1V）。
3.4保护电路设计
3.4.1过压保护电路
过压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，当达到—定电压值时，自动开通保护电路，所以可分为主电路器件保护和负载保护。
3.4.2主电路器件保护
当达到—定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。
为了达到保护效果，可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压保护电路如图3.7所示。
图3.7 RC阻容过电压保护电路图
3.4.3负载过压保护
如图3.8所示比较器同相端接到负载端，反相端接到一个基准电压上，输出端接
控制芯片10端，当负载端电压达到一定的值，比较器输出Uom抬高10端电位，从而使10端上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程，从而实现过压保护。
电阻的取值，比较器反相端接5.1V电源经变位器后为可调基准电压，比较器同相端电压应在5V以内，取负载输出电压最大值80V来算R20/R18=80/3左右，所R20=100K，R18=4K，R17=10k，R19=2k。
图3.10 负载过压保护
图 3.8 负载过压保护
3.4.4过流保护电路
当电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。当器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起过流。由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，必须对变换器进行适当的过流保护。
过流保护的方法比较多，比较简单的方法是一般采用添加FU熔断器来限制电流的过大，防止IGBT的破坏和对电路中其他元件的保护。如图1 在主电路串接一个快速熔断丝。
还有一种方法如图3.9所示，也是利用控制电路芯片的第10端。在主电路的负载端串接一个很小取样电阻，把它接到放大器进行放大，后再利用比较器，运用过压保护原理同样能实现过流保护。
电阻的取值，一般取样电阻端所获得的电压为零点几伏，需要通过放大器把电压放大到几伏左右，由放大器运算公式：Uo=（1+R12/R10）*Ui，取放大10倍，即1+R12/R10=10 , 所以取R12=9K，R10=1K。放大后把它接到比较器中比较使得比较器输出端电位升高，与过压保护一样原理，所以R13=2K，R14=2K，R15=10K，R16=2K。
图3.9 过流保护电路
第4章仿真设计
4.1仿真软件说明
此次仿真使用的是MATLAB软件。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
MatLab控制系统仿真软件是当今国际控制界公认的标准计算软件，1999年春MatLab 5.3版问世，使MATLAB拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。特别是Simulink这一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境的出现，使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而即使学生没有对非线性动态系统进行分析研究的数学基础，仍可通过仿真来认知非线性对系统动态的影响。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。
4.2仿真模型搭建
图4.1 降压斩波的MATLAB电路的模型
根据题目要求输出电压平均值为100V，电流为20A。这里是首先指定电源为100V 直流。则最大占空比为20%。先用纯电阻负载，则负载理论阻值应该为1Ω。至于负载回路中的大电感，这里取的100mH。在仿真中要用到的仿真器件名称及用途如下表4.1所示：
表4.1 仿真器件
图4.3 仿真设置界面MATLAB的.仿真结果如下：
图4.4 触发信号
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 -
第二节降压型开关电源 第三章直流变换器 * VT "Ln lk? 第二节降压型开关电源 (&5祥Sfi开关电8电》图 4 0 t ----- t onr- J ???0 ;aa) VT—高频晶体开关管， 工作在：导通饱和状态 ?止状态 起开关作用，可用M OS管和IGBT管代 替; 开关管与负载RL侧电路相率联，VT的反复 周期性导通和《止，控制了U1是否加到负 ?R L的时间比例，起到斩波作用? VD—续流二极管?当开关管VT截止时? VD 提 供一个称为“续流辭电流的通路?使电感电流 不致迅变中断，避免电感感应出高压而将晶体 管击穿损坏-此续流通路也是电感能 量放出到负载的通路? L—储能电感.有两个作用，能a转换和滤波 C—滤波电容，減小负《电压的脉动成分和?小 输出阻抗? R L—等效负我电阻，用电设备.
lk? + vr __________ 95 ttS生开关电源电路图 + Eo U—输入直流电压?该电压大小不穂定或者有纹波卩0?输出直流电压，纹波小，稳定? 将?个直流电压Ui转换成另 4 0 t ■----- t onr- I ?13 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。 直流变换器的设计（降压） 一、设计要求： (1) 二、题目分析： (1) 三、总体方案： (2) 四、原理图设计： (2) 五、各部分定性说明以及定量计算： (5) 六、在设计过程中遇到的问题及排除措施： (6) 七、设计心得体会： (6) 直流变换器的设计（降压） 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。 一、设计要求： 技术参数：输入直流电压Vin=36V 输出电压Vo=12V 输出电流Io=3A 最大输出纹波电压50mV 工作频率f=100kHz 二、题目分析： 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。 课程设计步骤分析（顺序）： 1.设计主电路，主电路为：采用BUCK变换器，主功率管用MOSFET； 2.选择主电路所有图列元件，并给出清单； 3.设计MOSFET驱动电路及控制电路； 4.绘制装置总体电路原理图，绘制： MOSFET驱动电压、BUCK电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形； 5.编制设计说明书、设计小结。 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 9 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 降压式变换电路（Buck电路）详解 一、BUCK 电路基本结构 开关导通时等效电路开关关断时等效电路 二、等效的电路模型及基本规律 （1）从电路可以看出，电感L 和电容C 组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。 （2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo 有：电容上电压宏观上可以看作恒定。电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升高，导致后面 周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。（4）开关S 置于1 位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S 置于2 位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产生一个平均感应电势：此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种 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 n LCD Monitor and LCD TV n Portable instrument power supply n Telecom / Networking Equipment component count. Figure1. Package Type of XL4015 Pin Configurations Figure2. Pin Configuration of XL4015 (Top View) Table 1 Pin Description Pin Number Pin Name Description 1 GND Ground Pin. Care must be taken in layout. This pin should be placed outside of the Schottky Diode to output capacitor ground path to prevent switching current spikes from inducing voltage noise into XL4015. 2 FB Feedback Pin (FB). Through an external resistor divider network, FB senses the output voltage and regulates it. The feedback threshold voltage is 1.25V . 3 SW Power Switch Output Pin (SW). SW is the switch node that supplies power to the output. 4 VC Internal V oltage Regulator Bypass Capacity. In typical system application, The VC pin connect a 1uf capacity to VIN. 5 VIN Supply V oltage Input Pin. XL4015 operates from a 8V to 36V DC voltage. Bypass Vin to GND with a suitably large capacitor to eliminate noise on the input. 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) 降压变换器的基本工作原理 在汽车中，有些照咖是由单个LED担任的，如顶灯、地图灯、行李箱照明灼。以 及门灯等。一只白光LED的正向压降为3—4V，汽车由蓄电他提供的内部电压，一舱 为12—14V，这就出现了输入电压远远超过LED所需要的情况。如果采用线性稳压器通过降压来驱动L四，必然会出现电源功率转换效率过低的问题。为此，必须采用开 关型DC仍C降压变换器，宅既为LED提供所需的低压电源、恒定的电流，又能有较 高的转换效率。降压变换器(BuCk)又称串联开关稳压器或开关型降压稳压器。下面介 绍降压变换器的基本电路拓扑和它的工作原理。降压变换器的电路形式及工作原理 降压变换器的电路形式如图所示 是开关管，VD是开关二极管，在VT截正期间，为电感电流提供继续流通的通路。由图见，输入和输ABC电子出在电气上是直接相通的，无隔离，属于非隔离型功率变换器。为分析简便起见，在电路的工作频率较高、电感工和电容Co较大时，输出 电压和流过二极管的电流可以视为稳定不变的，艾博希电子分别以定位RO、Jo表尔 当VT导退时，由于假定输入、输出电压是同定的，电感两端电压差RD厂RO也是一 个定值，这样，流过电感L的电流将按线性斤升，由初始的最小位即谷值JV直线上升，到开关管VT导通结束时，达到最大值人MM即峰值JP。 如VT的导通时间为则有：小当VT截女时，电感力图维持其电流不变。在电感 两端将产生感应电动势，极性为右正左负，与VT导通时的极性如图恰好相反。它使二极管w导通，为电感电流提供续流远路，此后，出其最大值／LMM(JP)线性卜降。如 果VT的截止时间为ROR，且在电感电流连续导通模式(CCM)下，则在截止期结束时，电感电流由峰值JP产降到谷值JV，并满足以下关系：价(k丛)RO；生JL＝Bp RO；在上面诺式中，7为开关周期，D为开关管的占空IC现货商比，o＝RJ厂，其值小于1，D越小，输出电压RO越小。由式(5—4)可见，输出电压RO与占空比D呈线性关系，D大，输出电压亦大；此外，输出电压比输入电压RM低，降压之名即由此而来。 如认为电路中的元件均足理想的、无损耗的，则电路的功率转换效率为1或如可见，输出电流的平均值要比输入电流的平均值大。同样可以证明，在YT截止期间，如 电感电流F降到军，电感电流将表现为不连续的状态(DCM)，即每次开关管导通时， 《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。BUCK变换器设计报告
直流变换器的设计(降压)
buck变换电路设计
Buck变换器实现及其调速系统设计与调试
BUCK变换器设计毕业设计
降压式变换电路(Buck电路)详解
基于BUCK变换器的电源设计
Buck变换器环路设计(修改)
高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真本科毕业设计(论文)
XL4015降压型直流电源变换器芯片(大功率型)
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降压变换器的基本工作原理
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