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1、南京工程学院自动化学院电力电子技术课程设计报告 题 目： Buck变换电路的设计 专 业： 自动化 班 级： 自动化 124 学 号： 203120408 姓 名： 陈 猛 指导教师： 赵 涛 起迄日期： 2014.12.222014.12.26 设计地点： 工程中心4-207 目 录1 引言2 设计任务及要求2.1设计任务2.2设计内容3 设计方案选择及论证3.1 控制芯片的选择3.2 驱动芯片的选择4 总体电路设计 5 功能电路设计5.1 主电路的设计5.2 驱动电路的设计5.3 控制电路的设计5.4 辅助电源的设计6 电路仿真与调试7 设计总结8 参考文献BUCK变换电路设计1 引言本次
2、电力电子装置设计与制作，利用Buck降压斩波电路，使用TL494作为控制芯片输出脉冲信号从而控制MOS管的开通与关断。为了将MOS管G极和S极隔离，本设计采用了集成的驱动芯片。另外本设计还加入了反馈环节，利用芯片自身的基准电压与反馈信号进行比较来调节输出脉冲的占空比，进而调整主电路的输出电压维持在一个稳定的电压状态。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。2 设计任务及要求2.1设计任务： 设计一降压斩波电路，采用BUCK电路。输入直流电源：DC1830V，输出电压为输入电压50%100%可调： 输出额定电流2A， 电流峰峰值不大于0.5A， 输出电压纹波不大与5%。
3、 2.2设计内容： 1） 主电路的设计，器件的选型，电感和输出电容的选择； 2） 驱动电路、检测电路和保护电路设计； 3） 辅助电源设计，要求提供 DC15V 驱动电源和 5V 控制电源； 4） 控制电路的设计，不同频率、不同脉宽 PWM 波的实现。 5） 制作驱动和主电路； 6）利用提供的控制信号，完成 BUCK 电路的驱动和主电路和调试。3 设计方案选择及论证3.1 控制芯片的选择方案一：采用SG3525芯片。它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采用恒频调宽控制方案，内部包括精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。方案二：采用TL494芯片。它是一种固定频率脉
4、宽调制电路，主要为开关电源电路而设计，在开关电路中比较常见。综合对芯片的熟悉程度以及考虑到本次设计是比较小的手工制作电路，所以选择TL494最为合宜。3.2驱动方式的选择由于老师提供的电力电子器件为IRF540，为MOS管。主电路中只有一个MOS管需要控制开关。方案一：采用光耦隔离加放大电路驱动，这是一种常用方法，优点是电路比较成熟，但光耦次级需要隔离电源，由于光耦的速度不是很快，工作频率不能太高，并可能降低电源的瞬态响应速度。方案二：IR2103是一个集成的半桥驱动芯片，能够同时控制2个受控器件。它的脉冲质量好，工作频率高，体积较小。且电源与控制芯片同为15V，这样不用额外设计辅助电源。它对
5、3.3V，5V和15V的逻辑兼容，我们选择的控制芯片TL494输出的逻辑高电平为15V。4 总体电路设计根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路及辅助电源电路，设计出降压斩波电路的结构框图如下图所示： 控制电路驱动电路辅助电源电源主电路原理框图在结构框图中，控制电路是用来产生BUCK电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在MOS管控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。通过控制MOS的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。5功能电路设计5.1主电路的设计电感计算：由于产生脉冲的芯片相应R1K欧姆，C0.01F.则芯片产生的脉冲
6、频率为f=1.1/(RC).计算得f=110KHZ.在电感充放电一个周期内： 得 开通时 对于BUCK电路，开通时， D=Uo/Ui. T=1/fi=0.5A所以 故计算得出 电容计算：根据公式 解得 本设计取 L=0.2mH, C=2F在主电路中添加了接口，用来输入直流电压，和方便数据测量。图15.2 驱动电路的设计IR2103是一个集成的半桥驱动芯片，能够同时控制2个受控器件。它的脉冲质量好，工作频率高，体积较小。且电源与控制芯片同为15V，这样不用额外设计辅助电源。它对3.3V，5V和15V的逻辑兼容，可以同时驱动两个MOS管，我们这里只需使用一个驱动口，再接入门极前串联一个100的电阻
7、。根据器件手册进行接线:图25.3 控制电路的设计TL494控制芯片是一个固定频率的脉冲宽度调制电路内置线性锯齿波振荡器振荡频率可通过外部的电阻R T和电容C T来进行。其振荡频率 为 ,R=1K欧姆，C0.01F.计算得。芯片14脚输出基准电压通过电阻分压进入15号脚作来与16号反馈信号进行比较的基值。从主电路输出端引出的反馈信号即16号脚，与15号脚的基值进行比较，从面调节8号脚和11号脚输出的脉冲信号的占空比，从而达到调节MOS管的开通与关断的频率与时间，最终实现输出端输出理想的稳定的电压值。图35.4 设计稳压直流电源15V和直流电压100V由于只提供直流电压DC:1830V，而控制芯
8、片TL494和驱动芯片IR2103需要15V的工作电压。用三端集成稳压器稳压成15V的电压输出。其中变压器匝数比为220V/24V,电容C1=100uF并且耐压50V，三端集成稳压器型号为7815。图46 电路仿真与调试电路仿真选择MATLAB软件，该软件功能强大，具有专门的电力电子仿真模块SimPowerSystem。根据之前计算结果L=2e-4H, C=2e-6F, 工作频率f=110kHz,所以T=9.1e-6S, 占空比选择D=50%。输出波形：（从上到下依次为PWM波形，受控器件波形，电感电流，负载电压）其中电感电流和负载电压如下： 经过放大：由上图可知符合设计任务： 输出额定电流2
9、A， 电流峰峰值不大于0.5A， 输出电压纹波不大与5%。 7 实验总结回顾此次电力电子装置课程设计的一个星期，我感慨很多。从理论到时践，我们遇到了很多困难，但是同时也学到了好多东西。它不仅巩固了以前所学的理论知识，更是学到了很多课外的东西，锻炼了我们解决实际问题的能力。在此次课程设计过程中，我们遇到的问题还是很多的。刚开始拿到这个题目时，不知道如何下手，课本上涉及这部分的原理知识比较少，光靠自己所学的知识根本解决不了，于是我们小组去图书馆以及网站找了很多资料，学习了很多课本上没有的东西，感觉特别充实。然后在做设计的过程中我们学到了很多东西，也觉得知识掌握得不够牢固，以后还要努力。通过这次课设
10、，也锻炼了我们将理论知识运用到实际中的能力，受益良多。虽然现在的设计题目比较简单，但通过课程设计的学习工作，使我和组员接触了很多新的知识，也让我们对这门课有了更深的了解，培养了我们求真务实的态度。8 参考文献1 王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）M.北京:机械工业出版社.2009 2 何亮,方宇,李吉,邢岩.峰值电流控制 DC/DC 变换器的恒值限流方法J电工技术学报，2006（21）10：86-89,105 3 邵群涛.电气制图与电子线路CAD 北京：机械工业出版社，2005.84 王玫，宋卫菊，徐国峰.电路原理 北京;中国电力出版社，2011.65 董琳. MATLAB使用详解 科学出版社，2008.8
