buck变换器设计.docx

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1、学院专业年级学号姓名同组人指导教师成绩电力电子技术课程设计题目Buck变换器设计计算机及信息科学学院自动化2012级2224郑继伟付镜锋何强黄巧莉2014年07月26日1引言1PWM限制器设计1.1 PTIM限制的范本原理1.2 限制电路设计33 bvok3.1 t电路分析73.2 反馈回路设计94 buck变换器限制器设计104.1 系统分析104.2 2限制器设计1243限制器实现!44.4 线冲电路设计155问题和总结17参考文献:18附录:Buck变换器设计1引言直流-直流变流器(DC-DCConverter)的功能是将直流电变为另固定电乐或可i电压的直潦电，包括干脆直流变流电路和间接

2、直流变流电路。干脆直流变流电路为称轿波电路(DCChOPpCr)，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可谓电压的直流电，一般是指干脆电变为另始终潦电，这种状况下输入及输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直潦变潦电路中增加了沟通环节，在沟通环节中通常采纳变压器实现输入输出问的隔离，因此也称带隔离的直流直流变流电路或直交直电路。降压斩波器的原理是：在一个限制周期中，让V导通一段时间小,由电源E向1.、R.M供电，在此期间，出=G然后使V关断一段时间心打，此时电感1.通过二极管VD向R和M供电，个周期内的平均电压。榆出电压小于电源电压，起到降压的作用叫2PWM限制器设计本组设计要求：BUCkDC/D

3、C变换器.电源电压Vs=1278V,开关频率38kHz.耍求输出电压Vs9V;电感电流不断流，须要完成完成闭环设计(实现补偿网络)和MOSFET的。2.1 Pw限制的基本原理IaI限制就是对脉冲的宽度进行调制的技术.即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所须要波形(含形态和幅值)。在采样限制理论中有条重要的结论：冲量相等而形态不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。上述原理称为面积等效原理。图2冲状相同的各种窄脉冲的响应波形以正弦PWM限制为例。把正弦半波分成等份，就可把其看成是八个彼此相连的脉冲列所组成的波形

4、。这些脉冲宽度相等，都等于用/M但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变更。假如把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到波形.各PWM脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变更的。依据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的“对丁正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到Pml波形。可见，所得到的图3用PWM波形代曹正弦波PWM波形和期望得到的正弦波等效C。2.2T1.494的时序当锯齿波电平死区时间限制电平常，死区时间比较器输出高电平。当锯齿波电平V反馈/PM输入电

5、平常，PWY比较器输出高电平。死区时间限制电压和反馈川mI输入电压，二者中较高的电平限制触发器时钟宽度。当输出限制电压=H时，Q和时钟信号均为O时，Ql基极获高电平导通，/Q和时钟信号均为。时，Q2基极获高电平导通，两管轮番导通，称为推挽工作方式。当输出限制电压=1.时，时钟信号为O时,QI和Q2基极获高电平导通，两管同时导通，称为单端工作方式。死区时间控制反慎/PVI比较B输入.2.3限制电路设计PWM限制芯片T1.494是筑率固定的PHM限制器，主要为开关电源限制器而设计。其具有完整的脉冲宽度调制限制电路片上的振荡器可以工作在主动模式和被动模式片上集成误差放大器片上集成5.OV基准电压可调

6、整的死区时间限制输出晶体管输出和流入电流可达500111输出限制可用于推挽式和堆端式低压锁定限制电路运用PWM限制芯片T1.494来产生开关限制信号。其原理图如下:(b)PWM1：作波形图5ITJM限制凝理图和工作波形图6T1.494内部框图VC-15V20VT1.494图7PWM限制电路接城图表1PWM限制电路零件清单序号名称数量备注116脚IC插座12CT电容16823电位器245死区电阻15.1k12号引脚电容1101612脚及7脚去耦电容1电解电容用以上器件，将RWH限制电路焊接完毕之后，调试过程中发觉，不管如何调整电位器RT,开关频率始终在几百Hz,距离要求的38kHz相差甚远。便怀

7、疑是焊接过程出现了问题，用万用表检查各个触点，发觉及6号脚连接的电位器的中间端应当接地，却接在了电源线上面，修正了这一错误之后。电路运行正常，调试电路，得到T1.494芯片的5号脚出现锯齿波，9和10脚出现方波。由本组试验要求，开关频率为38kHz,调整6号脚的电位器直至开关领率为38kHz.3buck变换器主电路设计3.1 主电路分析(I)(2)两公式求得1.mm=I64UHVVM+=M.=fD(J0=Ms=言%isnin=-().2A(1111C/2将最小电流值取0.5A,电源电压取18V。通过(1)又依据领的磁环尺寸得知，其：A1.=93(3)Nmin=29计算得知，最少需缠绕漆包线29

8、圈，实际缠绕过程中，为了使电感尽可能地大一些，提而试验的胜利率,缠绕了59圈。表2电感参数表磁环型号A1.NN桥理论电感实测电感KT10626932959164uH332.5UH表3开环限制参数表名称数值型号Cr6.67nF682R14.76kEOST二极管VtlSR2100MOSFETIRlf530N驱动电阻R,30Q5W30J港波电容1977uF1.XZ去耦电容B,45uFS7C用以上元器件将开环限制电路焊接完毕之后，经过调试未发觉问题，厥当测出了开环的各项数据，通过调整电位器Wl,变更占空比，测得开环状况下，各数据如下表所示:表4开环测试表输入电压占空比3号脚电压（V）理论输出电压（V）

9、实际输出电压（V）18v03.500.00.0718v0.053.380.90.5318v0.13.291.81.H18v0.32.845.43.7118v0.52.159.06.6618v0.71.6312.69.5718v0.81.4114.410.7618v最大0.715.611.923 .2反馈回路设计系统框图如下:图10BUCk变换涔系统框图主电路图如下:整个BUCk电路包括GC(三)补偿器，Gm(三)PWM限制器，Gvds)开环传递函数和H(三)反馈回路。给定量R(三)(既T1.494芯片2号脚电位器所对应电压)及反饿量H(三)(既及比较产生的偏差通过bode图法得到限制器GC(三

10、)校正后来调整PWM限制器的波形的占空比,当占空比发生变更时，输出电压U=U即作出相应的调整,来消退偏差。降压变压器闭环连接电路图为:MosJei图12反愦回路和补偿器反馈回路既H(三)取0.164,既为0.164.取Ry为IoK欧姆，Rx为51K欧姆“用一端接地，4 buck变换器限制器设计4.1 系统分析把T1.494芯片占空比调到最大(调整2号脚电位器，当占空比恰好变小那刻,5号脚锯齿波所对应的峰值电压即为试验所需数据Vm的值，试验测得为3V,CX(4)开环卜.，传递函数Gvd为:i+s-+s2lc+s-+s2lcRR带入数据得:G=-7ml+3.33*10-55+6.57*10752原

11、始回路增益函数G”为：GU=H(三)G,“(5)GV(三)=鲁(6)R+K,%i+s+s2lcR带入数据得：C0.98G=;。l+3.33*1055+6.57*10752门用MAT1.AB得开环下系统的伯谯图为:图12开环传递函数Go的伯德图由图很简单知道，此系统不稳定,须要加入限制器，使系统稳定.4.2限制器设计补偿器的传递函数为:八,、(I+Sfi2Cl)I(e1)c,jCr(三)=RCCsRg+Q)(1+S)C)(1+SRG)Cj+C2补偿网络有两个零点、三个极点。零点为：川=而耘r11J-=T,O”,三CO，(10)2(Ni+6)Cj2kRICa极点为：血为原点，(11)(12)频率人

12、及人之间的增益可近似为：(13)在频率危及加之间的增益则可近似为：(15)考虑达到抑制输出开关纹波的目的，增益交接频率取(/为开关频率)开环传函G.I5I的极点频率为，将G两个零点的频率设计为开环传函GKM两个相近极点频率的工，则：2(16)将补偿网络G两个极点设为fpi=R=/以减小输出的高频开关纹波.Ag=刍Gg-II=与(17)JfAA1.=与IGU2II=生(18)AR依据已知条件运用MAT1.AB程序(源代码见附录)算得校正器GC(三)各元件的值如下:取R=6*10欧姆H(三)=O.164算得：R1-6000欧姆R3=25欧姆Cl=442e-09FC2=lc-9FC3=442e-9F

13、补偿器伯德图为：302010BodeQagram40109045O45-90IO1102IO510*10*10*10,10,FrMfJCnCy(r(JAs)SS5图13补偿器的伯他图加入补偿器后:图12加入补偿器后系统的伯娜图相角裕度到达91.8度，幅值裕度到达30分贝，符合设计要求。（所用MAT1.AB程序见附录）4.3限制器实现电位器Wl的中间引脚（电位器的2号引脚）原来接T1.4943号脚.现在变为接及2号脚相连的RI的输入端。依据计.算所得的数据连接电路图，调忒运行良好。在数据测试的过程中，不但测试了输出为可，还测试了输出为8v,以及纹波电压等数据，具体见下表：表5闭环测试表电源电压（V）设定值（V）理论输出（丫）实际输出（V）误差121.4798.189.1%131.4798.446.2%141.4798.485.7%151.4798.505.6%161.4798.515.4%171.4798.515.4%181.4798.525.3%191.4798.545.1%141.1787.506.2%151.1787.675.4%16