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1、 .目录引言 2第一章 设计要求与方案.21.1 课程设计要求 .21.2 方案确定.3第二章 直流稳压电源设计 .32.1 设计要求.32.2 直流稳压电源原理描述.42.3 设计步骤及电路元件选择.5第三章 Buck 变换器设计.63.1 Buck 变换器基本工作原理 .63.2 Buck 变换器工作模态分析 .73.3 Buck 变换器参数设计 .103.3.1 Buck 变换器性能指标 .103.3.2 Buck 变换器主电路设计.10第四章 控制电路设计.124.1 直流直流变换器控制系统原理 .124.2 控制电路设计 .14 第五章 课程设计总结.17 参考文献 .18 附设计全
2、图 .1808 电气一班 潘维 200830151402word 资料引言随着电力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。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。开关电源分为 AC/DC 和 DC/DC，其中 DC/DC 变换已实现模块化，其设计 技术和生产工艺已相对成熟和标准化。DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成 可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子
3、电路的供电电源，也 可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。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
4、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。第一章 设计要求与方案1.1 课程设计要求1、采用降压斩波主电路2、输入直流电压：1014V3、输出电压：5V4、最大输出负载电流：2A5、输出功率：10W1.2 方案确定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
5、电路。根据降压斩波电路设计任务要求设计稳压电源、BUCK 电路及控制电路，设 计出降压斩波电路的结构框图如图 1 所示。图 1.1 降压斩波电路结构框图在图 1 结构框图中，BUCK 电路是用来产生降压斩波电路的，控制电路产生 的控制信号传到 BUCK 电路，使信号为加在开关控制端，可以使其开通或关断。 通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。第二章 直流稳压电源设计2.1 设计要求设 计一 个 输 出 电压 在 1014V 可 调 的 串 联型 直 流 稳 压电 源 ， 将 市电(220V/50HZ)的交流电)经电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路后转变为1014V 的直
6、流稳定电压。2.2 直流稳压电源原理描述电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和 直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。图 2.1 直流稳压电源框图图 2.2 单向桥式整流电路图 2.3 电容滤波电路图 2.4 具有放大环节的串联型稳压电路直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图 2.1 所示。电网供给的交流电压 U1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得 到符合电路需要的交流电压 U2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间 变化的脉动电压 U3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直
7、流电 压 UI。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变 化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压 更加稳定。图 2.2,2.3,2.4 串联起来就组成了具有放大环节的串联型稳压电源电路图，其 整流部分为单相桥式整流、电容滤波电路。稳压部分为具有放大环节的串联型稳 压电路，它由调整元件（晶体管 Q1，Q2 组成的复合管）；比较放大器（集成运 放 A）；取样电路 R2、R4、R3，基准电压 DZ、R1 等组成。整个稳压电路是一个 具有电压串联负反馈的闭环系统，其稳压过程为：当电网电压波动或负载变动引 起输出直流电压发生变化时，取样电路取出输出电
8、压的一部分送入比较放大器，并与基准电压进行比较，产生的误差信号经比较放大器放大后送至调整管的基极， 使调整管改变其管压降，以补偿输出电压的变化，从而达到稳定输出电压的目的。2.3 设计步骤及电路元件选择设计过程采用模块化进行，先依次设计好各模块电路及仿真无误后，再将它 们串联起来组成总的电路图如下图 2.5 所示：图 2.5 直流稳压电源电路电路元件选择：1：Ui 的确定Ui=Uo+Uce, 因 为 Uomax=14V,UceUces=12V, 取 Uces=2V, 所 以Ui=Uomax+Uces=16V;2:调整管的选择Ucemax=Ui-Uomin=16-10=6V，承受反向电压应大于
9、6V;3：稳压二极管 Dz 的选择Uz 小于等于 Uomin=10V,取 Uz=2V，Iz=110mA；4：电阻 R1 的选择UR1=Ui-Uz=16-2=14V,IR1 取 10mA, R1= UR1 / IR1=1.4k,R1 取 1.5k;5: 集成运放的选择 因为本电路对集成运放要求不高，所以选用通用型集成运放；6：滤波电容 C1 的选择为提高滤波效果，C1 取 1000uf 的电解电容；7：取样环节的电阻 R2，R3，R4 的确定Uomax=(R2+R3+R4)*Uz/R3Uomin=(R2+R3+R4)*Uz/(R3+R4)其中 R4 为最大阻值为 100 的滑动变阻器，Uz=2V
10、, Uomax=14V,Uomin=10V,联 立方程，可求得 R2=1400,R3=250;8：U2 及变压器的确定对于全波整流电路，Ui=1.2U2,所以 U2=Ui/1.2=13.33V，220V/13.33V=16.5， 故选用变比为 15：1 的变压器；9：整流二极管的选择 选择理想整流器。第三章 Buck 变换器设计3.1 Buck 变换器基本工作原理Buck 电路（Buck Chopper），即降压斩波电路，属直流斩波电路的一种，和升压斩波电路构成直流斩波电路最基本的两种电路。直流斩波电路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。降 压斩波电路的典型用途之一是拖
