第三节 直流开关稳压器-降压型

开关直流降压电源(BUCK)设计摘要随着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，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。

近年来，随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论发展，新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路。

该电路具有体积小，控制方便灵活，输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点。

开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。

开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。

本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计开关电源，利用MOSFET 管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。

关键词：直流，降压电源,TL494,MOSFET1目录摘要 (1)Abstract........................................................... ........ 错误！未定义书签。

1.方案论证与比较 (4)1.1 总方案的设计与论证 ...................................... 错误！未定义书签。

1.2 控制芯片的选择 (4)1.3 隔离电路的选择 .............................................. 错误！未定义书签。

2. BUCK电路工作原理 ......................................... 错误！未定义书签。

3. 控制电路的设计及电路参数的计算 ................ 错误！未定义书签。

3.1 TL494控制芯片................................................ 错误！未定义书签。

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45VON /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°CESD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40VLM2596-3.3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LM2596-ADJ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。

DC TO DC 降压电源设计随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源 . 同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间 . 但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便.为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路.一设计指标：(1)一路输入DC 24V 2A四路输出DC (1) 3.3V 1A;DC (2) 5.0V 1A;DC (3) +15V 0.25A;DC (4) -15V 0.25A.(2)电源外形要求：长：150mm;宽：50mm;高：30mm.根据该要求,电路选用电感不得过大，高度不得超过30mm，则选用芯片开关频率不得小于100KHz(3)电源保护电路二选用芯片DC TO DC 芯片：3.3V输出芯片LM1765-3.3；5.0V输出芯片LM1765-5；+/-15V双输出芯片LM1961.附：LM1765和LM1961开关频率均为2MHz三设计原理图（1）电源设计总框图（2）3.3V输出原理图根据LM1765芯片的接入规则，布置外围元件。

上图中Q6，Q7，R9，R10，R11为限流保护电路，当输出电流超过1A 时，电路自动断开（3）5.0V输出原理图原理同上所述（4）+/-15V输出原理图将上一步输出的5.0V电流接入到LM1961中，在LM1961中利用自激震荡电路产生交流电，再通过变压器输出两个电流，随后通过整流得到+/-15V的输出电流。

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。

电路DC-DC降压方案概述DC-DC降压方案是一种常用的电路设计方案，广泛应用于电子设备中，用于将高电压的直流电源转换为低电压的直流电源。

在电子设备中，低电压直流电源通常用来供应各种电路和组件，如集成电路、传感器、显示屏等。

本文将介绍几种常用的DC-DC降压方案，包括线性稳压器、降压开关电源以及升压式和降-升压式转换器。

线性稳压器线性稳压器是一种简单、成本低廉的DC-DC降压方案。

它通过晶体管调节电压，将输入电压稳定到所需的输出电压。

线性稳压器的主要优点是电路简单、稳定性好、噪声低，但在输入输出电压差比较大时效率较低，且会产生较多的热量。

因此，线性稳压器常被用于输出电压要求较高且纹波要求较低的场合。

降压开关电源降压开关电源是一种高效率的DC-DC降压方案，它通过开关管和电感器实现对输入电压的调节。

降压开关电路通常分为两种类型：离线式和非离线式。

离线式降压开关电路是将交流输入转换为直流输出，非离线式降压开关电路则直接对直流输入进行调节。

离线式降压开关电路常使用变压器来实现高频开关转换，以提高效率。

非离线式降压开关电路则常常使用非反激、负反激或附加套线器等方式来实现开关转换，这些转换方式相比于离线式较为简单，但功率较小。

降压开关电源的优点是效率高、体积小，适合于功耗要求高、输出电流大的应用场合。

但由于其特殊的电路结构，需要合理的电磁屏蔽和线路布局，以避免电磁干扰和噪声。

升压式转换器升压式转换器是一种将低电压升到高电压的DC-DC降压方案。

它通过变压器实现电压转换，并通过开关管实现稳定性的控制。

升压式转换器通常由高频开关、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。

升压式转换器的优点是可以将低电压转换为高电压，适用于输入电压低但要求较高输出电压的场合。

然而，由于电压升高，其效率较低，同时产生的噪声也较多。

降-升压式转换器降-升压式转换器是一种可以将输入电压降低或升高的DC-DC降压方案。

它结合了降压和升压式转换器的特点，可以完成输入电压的双向转换。

单输入（+5V）多输出直流电源电路设计与实现本题目是针对自动测控系统中由于对象复杂，对电源电压要求种类较多，但电流要求不大的情况，要求在只有常规的单+5V电压输入的条件下，设计一个具有±5V，±12V以及3.3V等输出的直流稳压电源随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。

传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。

为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。

正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。

一、线性稳压电源和开关稳压电源1、线性稳压电源所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整功率管工作于线性放大区。

其工作过程可简述为，将220V/50HZ的工频电网电压经过线性变压器降压以后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一个纹波电压和稳定性能均符合要求的直流电压。

线性稳压电源的缺点：⑴、内部功耗大，转换效率低；⑵、体积大，重量重，不便于微型化和小型化；⑶、必须具有较大的输入和输出滤波电容；⑷、输入电压动态范围小，线性调整率低；⑸、输出电压不能高于输入电压。

2、开关稳压电源开关稳压电源是指在稳压电源电路中的调整功率管工作于开关两种状态下。

开关稳压电源的结构：它是由一次整流滤波、DC/DC变换电路、占控比控制电路、取样电路、保护电路等组成。

①一次整流滤波电路：开关电源的工作方式与线性电源比较，它省去了降压工频变压器，而是直接将电网的交流电压（~220V）整流滤波，变为直流电压（300V），直接供给DC/DC变换器，消除了工频变压器带来的损耗。

②DC/DC变换器：是由主功率变换器和二次整流滤波电路组成。

直流稳定电源电路实验1.实验目的:了解直流稳定电源电路的原理结构、性能，掌握直流稳定电源的设计方法。

2.实验内容:参见附录实验五、直流稳定电源电路实验5.1 串联式直流可调稳压电源5.1.1实验目的1. 了解串联式直流电源电路的原1（a）LM317内部结构及外部元件理结构、性能。

2．掌握使用串联式集成稳压器设计直流稳定电源的方法。

5.1.2 实验内容1、采用串联式集成稳压器构成可调直流稳定电源电路；2、测量各项性能指标，了解提高性能的方法。

5.1.3 实验原理及实验电路说明3端可调式稳压器的典型产品有LM317 (正电压输出)和LM337(负电压输出)。

LM317的内部结构及外部引脚如图5.1所示，它的内部电路包括比较放大器(又称误差放大器)、偏置电路(图中未画)、恒流源电路、带隙基准电压源、保护电路和调整器。

它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端，所以消耗的电流均从输出端流出。

内部的基准电压(典型值1.25V 接至误差放大器的同相端和调整端(ADJ)之间，并由一个恒流特性很好的超级恒流源供电，提供50μA 的恒流，该电流从ADJ 端流出。

特别情况下，若将ADJ 端接地，LM317就构成输出电压为1.25V 的3端固定式稳压器。

若在外部接上调节电阻R 1、R 2后，输出电压为 )(12REF o R R 1V V += 图5.2所示为LM317的典型应用电路。

图中R 1、R 2构成取样电阻；C 2用于滤除R 2两端的纹波，使之不能经放大后从输出端输出。

VD 2是保护二极管，一旦输入或输出发生短路故障，由VD 2给C 2提供泄放回路，避免C 2经过LM317内部放电而损坏芯片。

C 1的作用是防止输出端产生自激振荡，VD 1起输入端短路保护作用。

5.1.4 实验设备及所需元件1. 所需元件与设备：传感器实验主板；3端可调式集成稳压器 LM317 ×1；二极管 1N4002 ×2；电解电容 470μF/16V ×1；电解电容 100μF/16V ×1；电解电容 10μF/25V ×1；3296多圈电位器 2kΩ×1;电阻 120Ω×1；电阻 47Ω/2W×1。

直流降压工作原理直流降压是一种常见的电路技术，用于将高电压的直流电源转换为较低电压的直流电源。

它在许多电子设备中被广泛应用，如电脑、手机充电器、变频器等。

本文将介绍直流降压的工作原理和基本电路。

一、直流降压的原理直流降压的基本原理是利用电路中的电感和电容元件，通过控制电流和电压的变化，实现输入电压和输出电压之间的降压转换。

直流降压电路的核心是DC-DC变换器，它可以将输入电压的直流信号转换为所需的输出电压。

二、直流降压的基本电路1. 线性稳压器线性稳压器是直流降压的一种简单电路，它通过电阻器和二极管来实现电压的降低。

线性稳压器的工作原理是将输入电压通过二极管和电阻器连接到输出端，通过调整电阻器的阻值来控制输出电压。

然而，线性稳压器的效率较低，且输出电压受输入电压波动的影响较大。

2. 开关稳压器开关稳压器是一种更高效的直流降压电路。

它通过开关管和电感元件构成，利用开关管的开关状态来控制电流的流动和电压的变化。

开关稳压器主要有降压型和升降压型两种。

降压型开关稳压器将高电压降低为较低的电压，而升降压型开关稳压器则可以将电压升高或降低。

三、直流降压的工作过程直流降压的工作过程可以分为四个阶段：导通、关断、放电和充电。

1. 导通阶段在导通阶段，开关管处于导通状态，电感元件储存电能，电容元件处于放电状态，输出电压为高电压。

2. 关断阶段当开关管关闭时，电流无法流经电感元件，此时电容元件开始充电，输出电压开始下降。

3. 放电阶段当电容元件充电至一定程度时，开关管再次导通，电感元件开始放电，输出电压保持在较低电压。

4. 充电阶段在放电完成后，电容元件开始充电，输出电压逐渐回升至设定的目标电压。

四、直流降压的应用直流降压技术广泛应用于各种电子设备中。

以手机充电器为例，输入电压通常为220V交流电，通过直流降压电路将电压降低为5V左右的直流电压，以供手机充电。

直流降压技术还被应用于电脑电源、汽车电子设备、航空航天等领域。

一、DCDC概念及分类几乎所有的电子系统都需要恒压电源或者恒流电源，DC to DC变换器是用于提供直流（DC）电源的器件。

DC-DC实际上是个很宽的概念，广义上包括所有的从直流变换到直流的变压器件，可分为线性变换器和开关变换器2种。

线性变换器中比较常用到的细分种类是LDO,而开关变换器就是通常所说的狭义上的DC-DC。

1，开关变换器开关变换器，指利用电感、电容的储能的特性，通过可控开关器件MOSFET等）进行高频率的周期性的开通和关断，将输入的电能储存在电感（容）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。

所以，开关变换器根据储能器件不同又可以分为电感储能型和电容储能型2种。

电感储能型DCDC就是电子产品中最常用的那种需要外挂个功率电感的常规DCDC，而电容储能型DCDC 变换器通常又被叫作电荷泵（b爸ng）。

我们常用的电感储能型DC-DC产品有三种类型，分别为BUCK （降压型）、BOOST （升压型）和BUCK/BOOST型（升降压型）。

另外，如果用变压器来代替储能电感，就是隔离型DCDC，隔离型又分多种：单端正激（Forward）、单端反激（Flyback）、双管正激（Double transistor forward converter）、双管反激（Double transistor flybackconverter）＞推挽电路（Push-pull converter）和半桥电路（Half-bridge converter）等。

隔离型不是本文要讲的重点。

2,线性变换器线性型，是从电源向负载连续的输送功率，传输能量器件（如晶体管、场效应管）工作于线性区，其负责调节从电源至负载的电流流动。

线性稳压器属于广义的DC-DC变换器，而LDO 又是一种低压差的线性稳压器。

二，线性稳压器。

1,原理：线性稳压器和输出阻抗一起形成了一个分压器网络。

线性稳压器的作用就像受控的可变电阻器，其可根据输出负载自我调节以保持一个稳定的输出。

基于LM5117的降压型开关稳压电源设计摘要：为了更好地发挥DC-DC开关电源在体积、质量、成本等方面的优势，从切换速度、频率、效率、安全、环境等方面考虑，研制了一种以LM5117为核心，采用CDS18532KCS MOS作为主要器件的低功耗开关电源。

主要介绍了DC-DC 降压模块、 PWM调制模块和减少纹波的方法，并对LM5117周边电路进行了详细的设计考虑。

系统的硬件部分主要是对 MOS管的滤波器和驱动电路进行了优化。

实验表明，在额定输入电流时，最大输出电压为5 V，误差在15毫伏以下，最高可达到3 A，且具有较好的运行性能。

关键词：直流-直流开关电源；电压下降调节器；开关调节器； MOS管驱动器1前言20世纪五十年代初期，开关电源逐渐取代了工作电源，它具有体积小、重量轻、高效率、高稳定等优点，在工业电子等方面得到了广泛的应用。

到了90年代，开关电源已经进入了快速发展的关键阶段，在军事、电子、电力、家电等关键应用中得到了广泛的应用。

二十一世纪，开关电源已经被应用于手机，个人电脑，消费电子，家用电子，学校设备，以及工业机械。

在目前的应用环境中，如何快速、高频率、高效率、安全、环保的供电方式，是目前国内外许多学者所关注的问题。

本文试图以CDS18532KCS MOS等器件为核心，围绕LM5117进行低功率开关电源的研制。

2设计计划2.1基本线路DC-DC同步整流电路包括 LC低通滤波电路，同步整流电路，开关电路，以及负载电阻器，在图1中显示了DC-DC同步整流电路。

采用同步回路，可以有效地提高转换效率；功率 MOSFET采用的是整流型二极管.该方案能实现对两个 MOS 晶体管的切换时间的控制，从而实现对输出电压的控制。

图 1 同步整流电路原理图LM5117是一种适用于高输入和高输出功率的降压电路。

LM5117采用了一种自带输入电压前馈和循环电流的电流梯度调节模式。

该方法能有效地减小 PWM电路的噪声灵敏度，特别适合在需要较高的输入电压时使用。