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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。
protues直流变换器cuk电路设计与仿真直流斩波电路(DC Chopper)功能是将直流电变为另一固定电压或调电压的直流电，也称为直接直流一直流变换器(DC/DC Converter)。
直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中前两种是最基本的电路。
一方面，这两种电路应用最为广泛，另一方面，理解了这两种电路可为理解其他的电路打下基础，因此本文对这两种电路作了着重介绍并利用Matlab/Simulink进行了仿真。
利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。
利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。
DC Chopper (DC Chopper) function is to change DC to another fixed voltage or adjustable voltage DC, also known as direct DC - DC Converter (DC/DC Converter).The kinds of DC chopper are more, including six basic choppers: Buck Chopper, Boost Chopper, Boost-Buck Chopper, Cuk Chopper, Sepic Chopper and Zeta Chopper, among them the former two are the most basic circuits. On the one hand, the applications of the two circuits are the most widely, on the other hand, understanding the two circuits is the foundationof understanding the other circuits, so this thesis introduces emphatically the two circuits and simulates by Matlab/simulink. On the basis, the rest several circuits are introduced.Using different basic Chopper combination can form composite Chopper, such as Current Reversible Chopper, Bridge Type Reversible Chopper, etc. Using the same structural basic Chopper combination can form multiphase multiple Chopper. The above two kinds of circuits are also introduced and simulated.。
Buck降压式变换器基本结构及原理一、Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小丁输入电压的单管不隔离直流变换器。
图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts ,则信号频率为f=1/Ts ，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff ，占空比Dy= Ton/Ts。
Buck变换器有两种基本工作方式：CCM(Continuous current mode) :电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大丁零DCM(Discontinuous current mode) :电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf的电流为零1.1 CCM时的基本关系：0.5 1-0 g 050 L0V tlt= corist V0 = const1.3.11.2 DCM 时的基本关系：% %输出电压与输人电反间的关系:曜== 七一 4劣十口 其中：AD ＜（1 一心）为美断后电感电流下降到零的时问J =气;% 乙狄011 1，小，V 七 输出平均曲克：二〒七+ T0二司土~ W 〔气*& £ 顷心 J在电勰喽时，%附不但与占空比Dy 有关』而且与或载电流卜大小有关，若1口=0，则％=甲血 DCM 可分为两种典型情况：输入电压Vin 不变，输出电压Vo 变化，常用作电动机速度控 制或充电器对蓄电池的包流充电输入电压Vin 变化，输出电压Vo 包定，即普通开关稳压电源1.3 电感电流临界连续的边界：用f g 表示临界电流通彼阿的负更电疏】Q ，则：; 鱼w 吃眼w （D* 头h ' 头L 叫史输入电压包定不变时：Vin=const临界负载电流是大值在Dy=0 5时出现: 皿】如=4—球（1-巳）劣电添临界连续时前输出电压：争= ------------ \ --------顷 一 - + 140； ^O （?HMX可画出Buck 变换器在Vin=const 时的外特性曲线:输出走压与情人电压间的关策：竺=一-—。
BUCK变换器设计报告——电力电子装置及应用课程设计1 设计指标及要求1.1设计指标•输入电压标称直流48V 范围：43V~53V•输出电压：直流24V•输出电流：直流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：10dB1.2 设计要求•计算主回路的电感和电容值•开关器件选用MOSFET, 计算其电压和电流定额•设计控制器结构和参数•画出整个电路, 给出仿真结果2 BUCK主电路各参数计算图1 利用matlab搭建的BUCK主电路Mosfet2在0.01s时导通，使得负载电阻由9.6变为4.8，也就是说负载由半载到满载，稳态时负载电流上升一倍，负载电压不变，这两种状态的转换的过程的表征系统的性能指标。
2.1 电感值计算当时，，D=0.558 , 求得当时，，D=0.5 , 求得当时，，D=0.453，求得所以，取2.2 电容值的计算代入，得，由于考虑实际中能量存储以及输入和负载变化，一般取C大于该值，取2.3 开关器件电压电流计算2.4 开传递函数的确定其中故开环传递函数为3 系统开环性能3.1 开环传递函数的阶跃响应由MATLAB可以作出系统的开环函数的单位阶跃响应，如下图所示由图可知，系统振荡时间较长，在5ms之后才可以达到稳定值，超调量为66.67%，需要增加校正装置进行校正。
3.2 系统开环输出电压电压、电流响应由MATLAB simulink作出的系统的输出电压、电流响应如下图所示图2 开环电压、电流响应在0.01s时负载由9.6变为4.8，电压振荡后不变，电流增大一倍。
由图可知电压超调量达到70%，电流超调量达到75%。
图3负载变化时电流响应图4负载变化时点响应图3 电流纹波图4 电压纹波电流纹波约为0.002A，电压纹波为0.01V，符合设计的要求，由于器件本身的压降损耗等因素，电压稳态值不等于24V，电流的稳态值也不等于5A。
课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点；2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用；4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。
二、课题任务1）设计参数要求：=12V；① DC-DC主电路输入电压VI②输出电压: V=5V；O=1A；③输出电流：IO④输出电压纹波峰-峰值 V≤50mV，即纹波≤1%；pp=5W。
⑤额定输出功率PO2）PWM驱动信号：=20kHz；① PWM驱动信号频率fS② PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。
5）撰写完整的实习报告。
三、实验原理BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。
开关S断开的时候，VD 二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。
这样电压就能降低。
实际使用的时候，S开关是通过MOSFE 或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。
开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。
所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压Buck-Boost 型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。
我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。
图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。
控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。
忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。
图1 降压变换器原理图当施加输入直流电压Ui后，降压型电路需经过一段较短时间的暂态过程，才能进入到稳定工作状态。
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BUCK变换器设计指标输入电压：标称直流电压48 V，范围：43 V～53 V ；输出电压：直流24 V ；输出电流：直流5 A ；输出电压纹波：100 mV ；输出电流纹波：0.25A ；开关频率：250 kHz ；相位裕量：60；幅值裕量：10 dB 。
设计要求计算主回路电感和电容值；开关器件选用MOSFET，计算其电压和电流定额；设计控制器结构和参数；画出整个电路，给出仿真结果。
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=v0v in=0.5581V in=43V时，Dmax=v0v inV in=53V时，Dmin=v0=0.4528v 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。
BUCK变换器的研究与设计1总体分析与解决方案1.1问题的提出与简述电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。
开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。
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。
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。
直流斩波电路（DC Chopper）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，也称为直接直流—直流变换器（DC/DC Converter）。
直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流—交流—直流的情况，直流斩波电路的种类较多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。
利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等，利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。
其中IGBT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MOSFET与GTR的复合器件。
它既有MOSFET易驱动的特点，输入阻抗高，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，因此发展很快。
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。
直流升压－降压(C u k )变换器特性分析01C u k变换器的演化02C u k变换器的工作原理03C u k变换器的特点01C u k变换器的演化两种直流-直流升降压变换器TCV SV o +DL i L v L +I o1o S V D V D=−Buck-boostV sTDC 1L 1+-R LV o C 2L 2+-1o S V D V D=−CukV o 与V S 极性相反！DTC+-R LV o C 2L+-R L V sV oTDCLR LV sV o TDCL V sTDC 1L 1+-R LV o C 2L 2+-V sTDCL +-111o S V D D V D D==⋅−−C u k 变换器的电路演化02C u k变换器的工作原理V sTDC 1L 1+-R LV o C 2L 2+-t t v Gi L1I L1minI L1maxtv L1V sV c1-V s =V oI sT onT offT sti T i Dti L2I L2minI L2maxtv L2V oI oV c1-V o =V si T =i L1+i L2i D =i L1+i L211sL sV i DT L +∆=122C o L sV V i DT L +−∆=t t v Gi L1I L1minI L1maxtv L1V sV c1-V s =V oI sT onT offT sti T i Dti L2I L2minI L2maxtv L2V oI oV c1-V o =V si T =i L1+i L2i D =i L1+i L2V sTDC 1L 1+-R LV o C 2L 2+-()1111S C L sV V i D T L −−∆=−()221oL sV i D T L −∆=−−V sTDC 1L 1+-R LV o C 2L 2+-电路稳态时，T 导通期间电感电流的变化量等于T 截止期间电感电流的变化量。
cuk型dcdc电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解CUK型DC-DC电路的基本原理和结构；2. 学生能掌握CUK型DC-DC电路的电压转换公式和关键参数的计算方法；3. 学生能分析CUK型DC-DC电路在不同负载条件下的性能特点。
技能目标：1. 学生能运用所学知识设计简单的CUK型DC-DC电路；2. 学生能通过实验和仿真软件对CUK型DC-DC电路进行性能测试和分析；3. 学生能运用电路图绘制软件绘制CUK型DC-DC电路图，并进行基本的电路仿真。
情感态度价值观目标：1. 学生对电子技术产生兴趣，培养主动学习和探究的精神；2. 学生通过团队合作完成电路设计和实验，培养团队协作能力和沟通能力；3. 学生在电路设计和实验过程中，养成严谨、细致的工作作风，提高问题解决能力。
课程性质分析：本课程为电子技术领域的基础课程，旨在帮助学生掌握CUK型DC-DC电路的基本原理和设计方法，为后续学习打下基础。
学生特点分析：学生为高年级电子专业或相关专业的学生，具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，本课程要求学生理论联系实际，注重实践操作，通过课堂讲授、实验和仿真等多种教学手段，使学生达到课程目标。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. CUK型DC-DC电路基本原理与结构- 介绍CUK型DC-DC电路的原理及工作过程- 分析CUK型DC-DC电路的组成部分及功能2. CUK型DC-DC电路关键参数计算- 讲解电压转换公式推导- 学习如何计算电路中的电感、电容等关键参数3. CUK型DC-DC电路性能分析- 研究不同负载条件下电路性能的变化- 分析电路效率、稳定性等性能指标4. CUK型DC-DC电路设计与实践- 学习电路设计方法，包括元件选型、电路布局等- 结合实验和仿真软件，进行电路性能测试与分析5. 教学内容的安排与进度- 第一周：基本原理与结构- 第二周：关键参数计算- 第三周：性能分析- 第四周：设计与实践教材章节关联：- 第一章：CUK型DC-DC电路基本原理- 第二章：DC-DC电路关键参数计算- 第三章：CUK型DC-DC电路性能分析- 第四章：CUK型DC-DC电路设计与实践教学内容遵循科学性和系统性原则，结合课程目标，制定详细的教学大纲，明确教学内容的安排和进度。
