BUCK变换器设计作业

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9目录第一章概述 (6)1.1 本课题在国内外的发展现状与趋势 (6)第二章Buck变换器设计总思路 (7)2.1 电路的总设计思路 (7)2.2 电路设计总框图 (7)2.3 总电路图 (8)第三章BUCK主电路设计 (9)3.1 Buck变换器主电路基本工作原理 (9)3.2 主电路保护（过电压保护） (10)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。

Buck-boost 变换器的建模与控制一、平均开关模型图1给出buck-boost 变换器电路和它的开关网络电路。

vv+-a ）i 2b)图1 buck-boost 变换器及开关网络 a) buck-boost 变换器 b) 开关网络开关导通时，端口电压、电流方程：1212(t)(t)(t)0v (t)0v (t)v(t)v (t)g i i i =⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=-⎩ 开关关断时：此时，端口电压、电流方程：1212(t)0(t)(t)v (t)v (t)v(t)v (t)0g i i i =⎧⎪=-⎪⎨=-⎪⎪=⎩平均化后的端口网络方程为：1'2'12(t)d(t)(t)(t)d (t)(t)v (t)=d (t)(v (t)v(t)v (t)=d(t)(v(t)v (t)gg i i i i ⎧=⎪=-⎪⎨-⎪⎪-⎩因为端口网络的电流和电压的幅值相同，因此，可以直接得到基本变换器开关网络的小信号交流平均模型，如图4所示。

ΛΛ2'图4 开关网络的直流及小信号交流平均开关模型将开关网络带入到buck-boost 变换其中，可得到如图5所示的buck-boost 变换器的的直流及小信号交流平均开关模型。

+-V +vΛg V +v gΛ图5 buck-boost 变换器的直流及小信号交流平均开关模型二、buck-boost 变换器的传递函数为了方便推导buck-boost 变换器传递函数，利用和其等效的小信号交流模型如图所示。

v g Λv(s)Λ图6 buck-boost 变换器的小信号交流平均模型对图6中的小信号模型，设置扰动源d=0Λ，可得到图7和图8所示的简化电路。

v g Λv(s)Λ'图7扰动源d=0Λ时，buck-boost 变换器的小信号交流等效电路v(s)Λ图8扰动源d=0Λ时，buck-boost 变换器的小信号最简等效电路由图8中的电路，列写方程可以得到输出和输入电压之比，即电路的传递函数：2v '(s)0'1s (s)1(s)g g d Rv DSCG SL Dv R SC DΛΛΛ===-⋅+（）整理上式得，22v '2''(s)0s 1(s)(s)1++S g g d v D G L LC D v S D R D ΛΛΛ===-⋅（）（） 对图6中的小信号模型，设置扰动源v 0g Λ=，则可以得到图9和图10所示的简化图。

Buck变换器设计——作业一．Buck主电路设计1.占空比D计算2.电感L计算3.电容C计算4.开关元件Q的选取二. Buck变换器开环分析三. Buck闭环控制设计1.闭环控制原理2.补偿环节Gc(s)的设计——K因子法3.PSIM仿真4. 补偿环节Gc(s)的修正——应用sisotool5．修正后的PSIM仿真四．标称值电路PSIM仿真五．设计体会Buck变换器性能指标:输入电压：标准直流电压48V，变化范围：43V~53V输出电压：直流电压24V ，5A 输出电压纹波：100mv 电流纹波：0.25A 开关频率：fs=250kHz 相位裕度：60 幅值裕度：10dB一. Buck 主电路设计：1.占空比D 计算根据Buck 变换器输入输出电压之间的关系求出占空比D 的变化范围。

.50V48V 24U U D .4530V 53V 24U U D 0.558V 43V24U U D innom o nommax in o minmin in o max =========2.电感L 计算uH 105f i 2)D U -(U i 2)T U -(U L sL min o inmax Lon(min)o inmax =∆=∆=3.电容C 计算uF25.1250000*1.0*825.0vf 8i C s L ==∆∆=电容耐压值：由于最大输出电压为24.1V ，则电容耐压值应大于24.1V 。

考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故电容选取120uf/50V 电容。

4.开关元件Q 的选取该电路的输入电压是43V~53V ，则开关管耐压值为53V ，电流的最大值为A 25.525.0A 5i I I L o Qp =+=∆+=，其开关频率为KHz 250f =，因此选用的MOSFET 管MTD6N15T4G ，其额定值为A 6/V 150。

Buck 主电路传递函数Gvd （s ）占空比d （t ）到输出电压Vo （t ）的传递函数为：220zinvd /s Q /s 1/s 1U )s (G ωωω+++=其中，CR 1,)C R R /L (1Q ,/R)R LC(11esr z esr 0esr 0=+=+=ωωω取R esr=50m Ω，负载R=4.8Ω，又知L=105uH ，C=120uF ，可求得ω0=8862.7rad/s ，f 0=ω0/2π=1410.5Hz ，Q=4.0269，ωz=166670rad/s ，fz=ωz/2π≈26526Hz 。

皖西学院本科毕业论文（设计）任务书系别：材料与化工学院专业：物理学学生姓名张斌学号2010010487 毕业论文（设计）题目：三电平Buck变换器的设计毕业论文（设计）内容：三电平变换器，具有降低开关管电压应力、减小输入输出滤波器等优点，适用于高输入/输出电压的功率变换场合,Buck变换器电路可分为三个部分电路块。

分别为主电路模块，控制电路模块和驱动电路模块。

主电路模块，由MOSFET的开通与关断的时间占空比来决定输出电压u。

的大小。

控制电路模块，可用SG3525来控制MOSFET的开通与关断。

驱动电路模块，用来驱动MOSFET。

毕业论文（设计）要求及应完成的工作：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4、系统总体方案确定5、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6、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).控制电路参数确定进度安排毕业论文（设计）各阶段名称起止日期1 广泛资料收集、阅读参考文献2012.12—2013.012 系统分析、方案设计、撰写开题报告2013.02—2013.033 设计电路，撰写初稿、中期检查2013.04—2013.054 选择参数、调试、论文修改2013.05—2013.065 论文答辩、总结、材料整理归档2013.06—2013.06应收集的资料、主要参考文献及实习地点：1. 石玉栗书贤．电力电子技术题例与电路设计指导．机械工业出版社，1998 2．王兆安黄俊．电力电子技术（第4版）．机械工业出版社，20003．浣喜明姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，20004．莫正康．电力电子技术应用（第3版）．机械工业出版社，20005．郑琼林．耿学文．电力电子电路精选．机械工业出版社，19966．刘定建，朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，19967．刘祖润胡俊达．毕业设计指导．机械工业出版社，1995。

电力电子技术课程设计题目Buck变换器设计学院专业自动化年级2008级学号姓名同组人指导教师成绩2010年7月目录1、引言 (3)2、设计要求 (3)3、设计原理 (3)3.1、SG3525工作原理 (3)3.2、降压斩波电路工作原理 (5)3.3、超前-滞后校正器原理 (6)4、Buck变换器的设计.............................. .74.1、控制回路的设计 (7)4.1.1 控制回路接线、焊接电路 (7)4.1.2 检测控制回路的输出波形 (7)4.1.3 遇到问题及解决方法 (7)4.2、主回路的设计 (8)4.2.1 主回路参数的计算 (8)4.2.2 控制回路的接线、焊接 (8)4.2.3 控制回路的观测、调试、记录数据 (9)4.2.4 遇到的问题以及解决方法 (9)4.3、超前-滞后校正系统 (9)4.3.1 校正器的参数计算 (12)4.3.2 校正器的接线、焊接 (13)4.3.3 闭环回路的检测及调试 (13)4.3.4 遇到的问题及解决方法 (13)5、总结 (13)5.1 实践经验 (13)5.2 心得体会 (13)参考文献 (14)附录Buck变换器设计1 引言通常我们所用的电力有交流和直流两种。

从公共电网中得到的电力是交流，从蓄电池中得到的是电力是直流。

从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。

降压斩波电路（Buck Chopper）是直流斩波电路（DC Chopper）的一种，根据它设计可得到的Buck变换器显而易见就是一种DC-DC的电压变换器。

很据课题要求，要求设计一个闭环的Buck变换器系统。

该系统主要由三部分构成：一是控制回路，由SG3525芯片组成的PWM脉冲发生器构成；二是主回路，包括电阻、电感、电容等器件；三是一个超前滞后校正器，使得输出的电压保持稳定。

计算所设计的主电路和超前滞后校正器的参数电阻、电感、电容等的值是多少，选择适当的器件，按照原理图进行布线焊接，并分别在控制回路，主电路，和超前滞后校正器焊接好之后对其进行检测，检测是否达到达到闭环控制的要求。

BUCK型DCDC变换器电路设计1.原理BUCK型DC-DC变换器的原理基于一个开关和一个电感的组合。

当开关闭合时，电感中储存的能量会增加，同时输出电压会降低。

当开关打开时，电感中储存的能量会释放，输出电压会增加。

通过改变开关的周期和占空比，可以控制输出电压的稳定性。

2.基本电路设计-开关可以是MOSFET或BJT等元件，负责控制电路的开关状态。

-电感主要起到储存能量的作用，根据输出电流选择合适的电感数值，并结合开关频率选择合适的电感电流。

-二极管位于电感和负载之间，用于流动电流。

-滤波电容用于过滤输出纹波，增加稳定性。

-负载则是变换器的输出端，根据需要选择合适的负载数值。

3.性能参数选择在设计BUCK型DC-DC变换器时，需要选择合适的性能参数以确保稳定性和效率。

-输入电压范围：根据实际应用的输入电压范围选择合适的设备。

-输出电压范围：根据实际应用的输出电压需求选择合适的设备。

-开关频率：通过选择合适的开关频率，可以平衡效率和纹波。

-效率：BUCK型DC-DC变换器的效率通常在80%到95%之间，可以通过选择适当的部件来提高效率。

-纹波电压：根据应用需求，选择适当的滤波电容和电感来减小输出电压纹波。

4.工作原理当输入电压施加到BUCK型DC-DC变换器的输入端时，开关关闭，电感将储存能量。

当开关打开时，电感释放能量到负载，从而提供稳定的输出电压。

通过改变开关的占空比，可以控制输出电压的稳定性。

5.效率和效果综上所述，BUCK型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源变换器，通过开关和电感的组合实现输出电压的稳定降低。

在设计过程中，需要注意选择合适的元件和参数以满足应用需求。

同时，合理的电路布局和工艺选择，也对BUCK型DC-DC变换器的性能和效果有重要影响。

Buck 变换器的环路设计1．功率级传递函数R1L 1utQ1buck 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outzero C ESR f ⋅=π21分母为二阶积分环节，其阻尼系数12L 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。

101010105101010105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。

10101010501010101052． PWM 控制级传递函数在电压反馈系统中，PWM 控制器采用固定的三角波与反馈回来的电压比较，控制占空比. 三角波的周期为T,上升段的时间为T 1，幅值为△V ，则，TT V V D K compPWM 11⋅∆==3． 环路补偿为获得比较高的稳态精度，系统总是要设计成为I 型系统,因为I 型系统的稳态误差为零。

BUCK变换器设计设计一个BUCK变换器是一个开环控制系统，需要考虑的因素有输入电压范围、输出电压、输出电流、效率等。

首先，确定输入电压范围。

输入电压范围决定了变换器的工作范围。

根据应用需求和电源供应情况，确定输入电压的最小和最大值，通常以直流输入为主。

其次，确定输出电压。

输出电压是设计BUCK变换器的一个重要参数，需要根据应用需求来确定。

通常，在确定输出电压的同时，还需要考虑负载电流和稳定性等因素。

接下来，确定输出电流。

根据应用需求，确定BUCK变换器的输出电流。

输出电流通常是由负载电流和效率等因素决定的。

然后，计算电感和电容值。

根据输入电压范围、输出电压、输出电流等参数，计算电感和电容的数值。

电感的选择需要考虑电流涟漪和功率损耗等因素，电容的选择需要考虑稳压性能和输出纹波等因素。

接着，设计PWM控制电路。

PWM（脉宽调制）控制电路是BUCK变换器的核心部分，它通过调节开关器件的导通时间来控制输出电压的稳定性。

PWM控制电路通常由比较器、电压反馈电路、误差放大器等元件组成。

最后，评估和优化设计。

通过仿真和实验，对设计的BUCK变换器进行评估和优化。

评估主要包括效率、输出纹波、稳压性能等方面。

根据评估结果，对设计参数进行调整和优化，以达到设计要求。

在设计BUCK变换器时，还需要注意一些常见问题，如电磁干扰、开关损耗、温升等。

在选择元件和调整参数时，需要综合考虑这些问题，以确保设计的BUCK变换器能够稳定可靠地工作。

此外，还需要遵循相关的安全规范和电气标准，以确保设计的BUCK变换器符合要求。

综上所述，设计BUCK变换器需要考虑输入电压范围、输出电压、输出电流等参数，通过计算电感和电容值，设计PWM控制电路，并进行评估和优化。

在设计过程中，还需要注意电磁干扰、开关损耗、温升等问题，并遵循相关的安全规范和电气标准。

通过这些步骤，可以设计出稳定可靠的BUCK变换器。

BUCK型DCDC变换器电路设计DC-DC变换器是一种能将直流电压转换为不同电压水平的电子设备。

BUCK型DC-DC变换器是其中最常用的一种类型。

本文将介绍BUCK型DC-DC变换器的电路设计过程和关键要点。

首先，BUCK型DC-DC变换器的基本原理是利用电感储能和开关管的开关控制来实现电压转换。

其核心的电路组成部分包括电感、二极管、开关管、输入电压、输出电压以及控制电路。

在设计BUCK型DC-DC变换器电路时，需要确定以下参数：1.输入电压范围：确定输入电压的最小值和最大值，以便选择合适的电子元器件。

2.输出电压和电流需求：确定需要将输入电压转换为多少输出电压，并根据输出电流的需求选择合适的电路元件。

3.开关频率：选择合适的开关频率以平衡功率转换效率和元件参数选择的难度。

接下来，我们将详细介绍BUCK型DC-DC变换器电路的设计流程和关键步骤：1.确定电路拓扑结构：根据输入输出电压的关系和功率转换需求，选择BUCK型电路拓扑结构。

2.选择电感元件：根据输入电压范围、输出电压和电流需求，选择合适的电感元件，并计算所需电感值。

3.选择开关管和二极管：根据输入电流和输出电流需求，选择合适的开关器件和二极管，并计算开关器件的导通电阻和二极管的反向电压承受能力。

4.选择滤波电容：根据输出电流需求，计算滤波电容的容值，用于减小输出电压的波动。

5.设计控制电路：设计合适的控制电路以控制开关管的开关频率和占空比，以实现电压转换和稳定输出电压。

6.进行电路参数计算和仿真：根据上述选择的元件参数，进行电路参数计算和仿真，以验证电路设计的可行性和预测其性能。

7.PCB布局和布线：进行PCB布局和布线设计，确保电路元件之间的良好连接和信号的稳定传输。

8.确定输入和输出滤波器：根据实际应用需要，选择适当的输入和输出滤波器，以减小输入输出电压的噪声和干扰。

9.进行实验验证：制作电路原型，进行实验验证，检验电路设计的性能和稳定性。

Sa b er 仿真作业Buck 变换器的设计与仿真1Buck变换器技术 ..................................................................... -2 -1.1Buck变换器基本工作原理 ....................................................... -2 -1.2Buck变换器工作模态分析....................................................... -2 -1.3Buck变化器外特性............................................................. -3 -2Buck 变换器参数设计................................................................. -5 -2.1Buck变换器性能指标 ........................................................... -5 -2.2Buck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 -3Buck变换器开环仿真................................................................. -7 -3.1Buck变换器仿真参数及指标 ..................................................... -7 -3.2Buck变换器开环仿真结果及分析................................................. -8 -4Buck变换器闭环控制的参数设计....................................................... -9 -4.1闭环控制原理................................................................. -9 -4.2Buck变换器的闭环电路参数设计................................................. -10 -4.2.1Gvd(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 - 5Buck变换器闭环仿真............................................................... -18 -5.1Buck 变换器闭环仿真参数及指标................................................. -18 -5.2Buck变换器闭环仿真电路原理图................................................. -19 -5.3Buck变换器的闭环仿真结果与分析............................................... -19 -6总结............................................................................. -21 -1 Buck变换器技术1.1 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，输出电压管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为0。