Buck三电平变换器

-精品-- Buck变换器工作原理介绍

2.2.1 Buck变换器的基本工作原理

Buck变换器又称为降压变换器，串联稳压开关电源和三端开关型降压稳压电源。其基本的原理结构图如图2.2所示。

E/AVrefPWMVtr驱动电路VdcM1L1D1C1R1R2误差放大器IM1IL1ID1VOIO反馈环路V1VsVeaVGVWM a

b

c TonVeaVtrVdcV10VVWMVG d IC1RLIs 图2.2 Buck变换器的基本原理图

由上图可知，Buck变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier，E/A），脉宽调制器（Pulse Width Modulation，PWM）和驱动电路。

为了便于对Buck变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设[1]：

a、开关元件M1和二极管D1都是理想元件。它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；

b、电容和电感同样是理想元件。电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。电容的等效串联电阻（Equivalent Series Resistance，ESR）和等效串联电感（Equivalent Series inductance，ESL）等于零；

c、输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小，可以忽略不计。

d、采样网络R1和R2的阻抗很大，从而使得流经它们的电流可以忽略不计。

在以上假设的基础上，下面我们对Buck变换器的基本原理进行分析。

如图2.2所示，当开关元件M1导通时，电压V1与输出电压Vdc相等，晶体管D1处于反向截至状态，电流01DI。电流11LMII流经电感L1，电流线性增加。经过电容C1滤波后，产生输出电流OI和输出电压OV。采样网络R1和R2对输出电压OV进行采样得到电压信号SV，并与参考电压refV比较放大得到信号。-精品-- 如图2.2（a）所示，信号eaV和线性上升的三角波信号trV比较。当eatrVV时，控制信号WMV和GV跳变为低，开关元件M1截至。此时，电感L1为了保持其电流1LI不变，电感L1中的磁场将改变电感L1两端的电压极性。这时二极管D1承受正向偏压，并有电流1DI流过，故称D1为续流二极管。若OLII1时，电容C1处于放电状态，有利于输出电流OI和输出电压OV保持恒定。开关元件截至的状态一直保持到下一个周期的开始，当又一次满足条件treaVV时，开关元件M1再次导通，重复上面的过程。

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：BUCK变换器设计

专业班级：

学生姓名： 学号：

指导老师： ***

审 批： 蔡斌军

任务书下达日期 2011 年 6 月 13 日

设计完成日期 2011 年 6 月 23 日

设计内容与设计要求

1 一． 设计目的

1）通过对Buck变换器电路的设计,掌握降压电路的工作原理,提高学生运用科学理论知识能力、工程实践能力

2）通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。

二、二、设计内容：

1． 电路功能介绍

1）电路由主电路与控制电路组成：主电路主要环节：整流电路及保

护电路；控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。

2）主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。

3）系统具有完善的保护

2. 系统总体方案确定

3. 主电路设计与分析

1）确定主电路方案

2）主电路元器件的计算及选型

4. 控制电路设计与分析

1）功能单元电路设计

2）触发电路设计

3）控制电路参数确定

5.仿真实验

根据所设计的系统，利用仿真软件MATLAB建立模型并对系统

进行仿真，分析系统所得到的波形。

6、动手实践

在仿真所设计的系统的基础上，利用PROTEL软件绘出原理图，设计PCB印刷电路板，最后在电力电子实验室完成系统电路调试，分析所得到的结果。

三、 设计要求：

1．设计思路清晰，给出整体设计框图；

2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；

3．分析单元电路与总电路工作原理，给出仿真与实验结果波形；

ａ，ｏｌａ．￣ｏｓｌｇｌ　电子　试　昆ＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＴＥＳＴ　Ｍｍｙ．２０１３　Ｎｏ．９　

Ｂｕｃｋ变换器设计　

刘洋　

（西南大学计算机与信息科学学院自动化（控制方向），重庆４００１７５）　

摘要：在电力电子应用领域，直流斩波电路应用广泛，在电机调速里面起到至关重要的作用。设计的ｂｕｃｋ变换　

器包括三部分组成，分别是ＰＷＭ控制电路、主回路和反馈回路。其中ＰＷＭ控制电路的功能主要是靠ＳＧ３５２５芯　

片完成的，而在反馈回路中则加入了超前一滞后校正器，从而使变换器拥有更好的动态性能。在设计中对补偿　

电路进行频域法分析，根据波特图设计出了较为理想的补偿器。　

关键词：斩波；ＰＷＭ；ＳＧ３５２；超前一滞后校正器　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｂｕｃｋ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　

Ｌｉｕ　Ｙａｎｇ　

（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ｃｏｎｔｒｏ１），　

Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４００１７５）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤＣ　ｃｈｏｐｐｅｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｐｐｈｃａｆｉｏｎｓ，ｐｌａｙｉｎｇ　ａ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｒｏｌｅ　

ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｃｋ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｐａｒｔｓ，ｎａｍｅ￣ｔｈｅ　ＰＷＭ　

ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｌｏｏｐ．ＰＷＭ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｒｅｌｙ　ｏｎ　ＳＧ３５２５　ｃｈｉｐ．　

Ａｈｅａｄ—ｈｇ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｄｄｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｌｏｏｐ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｈａｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．　

Buck变换器：也称降丿卡•式变换器，是一种输出电圧小于输入电圧的单管不隔离直流变换器。

图中，Q为开关管，其驱动电丿£一般为PW（Pulse width modulation脉宽调制）信号，信

号周期为Ts,则信号频率为f二1/Ts,导通时间为Ton,关断时间为Toff,则周期Ts=Ton+Toff,

占空比 Dy二 Ton/Tso

Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电圧高于输入电圧的单管不隔离直流变换

器。

开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=l的状态下工作。

电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCH两种工作方式

Buck/Boost变换器：也称升降圧式变换器，是一种输出电汗既可低于也可高于输入电圧的

单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电圧相反。Buck/Boost变换器可看做是

Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。 Vo

Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种1：作方式，开关管Q也为PWM控制方式。

LDO的特点:

① 非常低的输入输出电圧差

② 非常小的内部损耗

③ 很小的温度漂移

④ 很髙的输出电圧稳定度

⑤ 很好的负载和线性调整率

⑥ 很宽的11作温度范圉

⑦ 较宽的输入电圧范圉

⑧ 外围电路非常简单，使用起來极为方便

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电汗，也称为直流斩波。斩波器的工作

方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用），二是频率调制方式,ton不变，改

变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：

（DBuck电路一一降圧斩波器，其输岀平均电圧U0小于输入电圧Ui,极性相同。

(2) Boost电路一一升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui,极性相同。 Vo

T (3) Buck-Boost电路一一降压或升压斩波器，其 输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui,