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1、电气与电子信息工程学院电力电子装置设计与制作课程设计报告名 称： 开关直流降压电源（BUCK）设计 专 业 名 称： 电气工程及其自动化 班 级： 14级专升本（1）班 学 号： 201420210125 姓 名： 指 导 教 师： 南光群、张智泉、叶天凤 课程设计时间： 2015年11月30日12月10日 课程设计地点： K2-414和K2-306实验室 电力电子装置设计与制课程设计成绩评定表姓 名学号201420210125专业班级14电气工程及其自动化专升本（1）班课程设计题目：开关直流降压电源(Buck)设计课程设计答辩记录：1、 开关元件的选择要考虑那些因素？答：1.开关管的耐压值，
2、2.电流的最大值，3与开关频率有关2、 TL494有几种输出控制方式？答：TL494有2中输出控制方式，当输出控制（13）引脚接地时，输出控制方式为单端模式，其输出频率等于RC的振荡频率；当输出控制（13）引脚接参考电压时，输出控制方式为推拉模式，输出频率等于RC振荡频率的一半。成绩评定及依据：1. 课程设计考勤情况（20%）：2. 课程设计答辩情况（30%）：3. 完成设计任务报告规范性（50%）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）： 指导教师签字： 年 月 日电力电子装置设计与制作课程设计任务书 20152016学年第一学期学生姓名： 专业班级：电气工程及其自动化14级专升本1
3、班指导教师： 南光群、张智泉、叶天凤 工作部门： 电气与电子信息工程学院 一、课程设计题目： 开关直流降压电源（BUCK）设计二、课程设计内容根据题目选择合适的输入输出电压进行电路设计，在Protel或OrCAD软件上进行原理图绘制；满足设计要求后，再进行硬件制作和调试。如实验结果不满足要求，则修改设计，直到满足要求为止。设计题目选：题目一：开关直流降压电源（BUCK）设计主要技术指标：1）输入交流电压220V（可省略此环节）。2）输入直流电压在14-18V之间。3）输出直流电压11V，输出电压纹波小于2%。4）输出电流1A。 5）采用脉宽调制PWM电路控制。三、进度安排序号名 称时 间1下发
4、设计任务书，布置设计任务和设计要求、设计时间安排。一 天2掌握锯齿波产生电路、电压反馈电路、控制电路的工作原理一 天3掌握稳压电源电路工作原理半 天4绘出原理框图以及各部分电路的详细连接图一 天5学会借用电子线路CAD正确绘制电路图；一 天6掌握焊接技术以及MOSFET、二极管、三极管等器件的检测方法半 天7掌握电路的安装与调试一 天8根据直流稳压电源电路的工作原理设计电路图一 天9了解电子电路板的制作过程半 天10学习电路原理图及印制电路板图的读图方法半 天11掌握稳压开关电源的检测与调试一 天12书写课程设计报告一 天四、基本要求1、独立设计原理图各部分电路的设计；2、制作硬件实物，演示设
5、计与调试的结果。3、写出课程设计报告。内容包括电路图、工作原理、实际测量波形、调试分析、测量精度、结论和体会。4、写出设计报告：不少于3000字，统一复印封面并用4纸写出报告。封面、课程设计任务书摘要，关键词（中英文）方案选择，方案论证系统功能及原理。（系统组成框图、电路原理图）各模块的功能，原理，器件选择实验结果以及分析设计小结附录-参考文献 教=学目 录摘 要1Abstract11 方案设计与论证21.1 总体方案的设计与论证21.2 开关管的选择21.3 模拟控制芯片的选择22 系统设计32.1 系统总体组成框图32.2 电路原理图33 功能及器件的选择43.1 主电路元器件的选择43.
6、1.1 电感的选择43.1.2 输出滤波电容的选择53.1.3 MOSFET开关管的选择53.1.4 二极管的选择63.2 PWM控制的设计63.2.1 锯齿波的频率的计算64 仿真分析74.1仿真模型74.2 仿真结果及分析75 实物结果及分析95.1 实物图95.2 实物结果及分析96 设计小结13参考文献14教=学摘 要本次电力电子装置设计与制作，利用BUCK型转换器来实现14V-18V的开关直流降压电源的设计。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，本设计采用了推挽式放大电路。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
7、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,采用模拟PI调节器实现对电路的快速调节作用，使系统稳定工作；TL494采用RC振荡电路来产生锯齿波来作为驱动信号的载波，控制开关管的开关频率。关键字： 降压电源 推挽式放大电路 开关频率AbstractThisPowerelectronicequipmentdesignisusedbyBUCKtocatchthegoalof16V-8VSwitchdcstep-downpowersupplydesign.UseTL494ascontrolchipoutputpulsesignaltocontroltheo
8、peningofMOStubeandshutoff.InordertomaketheMOStubeGpoleandSpoleseparate,thisdesignusesapush-pullamplifiercircuit.Inaddition,thedesignalsojoinedthefeedbacklinktomakethecircuitmoreaccurateandstable,PI analog regulator circuit for fast regulation of that system stability;TL494 RC oscillator circuit to g
9、enerate a sawtooth wave as the carrier drive signal, control the switching frequency of the switching tube.KeyWord:step-downpowersupply push-pullamplifiercircuit Switching frequency1 方案设计与论证1.1 总体方案的设计与论证方案一：采用低压线性稳压管（LDO）来设计电路。其优点是输出波形稳定，噪音小，所以外部电路比较简单。不足之处在于输入和输出电压的差值不能太大，效率较低，其负载电流相对较小。方案二：采用BUCK
10、降压电路。该电路是负载电流大，效率高，发热小。由于是通过开关管的开通和关断来实现能量的转换，所以纹波和噪音较大，需要较多额电容滤波。但考虑本次设计的需求，所以选择该方案。综上所述，故选择BUCK降压电路。1.2 开关管的选择方案一：采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）。IGBT的功率容量大，但是开关频率较低，同时在关断时存在拖尾电流，需要加一个负电压让IGBT可靠的关断，对驱动电路要求较高。方案二：采用电力MOSFET。电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流，因此所需驱动功率小、驱动电路简单；又由于是靠多数载流子导电，没有少数载流子导电所需的存储时间，是目前开关速度最高的电力电子器件，而在本电
11、路中功率不是很大。综上所述，故选择电力MOSFET器件。1.3 模拟控制芯片的选择方案一：采用UC3842模拟控制芯片。UC3842是采用峰值电流模式控制的集成PWM控制器，专们用于构成正激型和反激型等开关电源的控制电路。驱动电路的结构为图腾柱结构的跟随电路，其输出峰值电流可达1000mA，可以直接驱动主电路的开关器件，但是在芯片欠压保护后再次启动的电压为16V，在本设计中启动电压较高，故不选择该芯片。方案二：采用TL494模拟控制芯片。TL494采用固定频率的PWM波的控制方式可以根据需要选择输出最大占空比和输出的频率，同时也可以根据需要调节死区时间的大小，驱动输出端也可以采用单端模式或者推
12、拉模式，电路的启动电压为7V，最大工作电压为40V，具有较宽的工作电压范围。考虑到实际情况所以在本设计中采用TL494。综上所述，故选择TL494作为模拟控制芯片。2 系统设计2.1 系统总体组成框图系统总体组成框图如图2-1所示。该系统中由BUCK主电路、反馈采样电路、控制电路和驱动电路组成。从而构成了一个电压闭环控制系统。图2-1 系统总体框图2.2 电路原理图总体电路原理图如图2-2所示。图2-2 电路原理图3 功能及器件的选择3.1 主电路元器件的选择3.1.1 电感的选择在进行电感的计算上，首先介绍一个关键参数的说明，称为电流纹波率。它表示电感电流的交流分量与直流分量的几何比例。因此
13、，有 (3-1)上式中为电流纹波，为电感电流直流分量，为交流分量，为平均电感电流。在工程中的取值一般在之间，并且它与特定工况、开关频率、甚至拓扑本身都无关。所以在实际设计中，它一般按0.4取值。在大多数实际应用中，输入电压会在之间的某一范围内变化。因此，还需要知道电流的交、直流分量及其峰值在输入电压变化时如何随之变化。最重要的是：需要知道在此变化范围内，哪个特定输入电压值对应峰值电流最大值。如前所述，峰值电流对于保证电感工作时不发生磁饱和是极其重要的。所以对于电感设计而言，“最恶劣”电压定义为峰值电流达到最大值时所对应的输入电压。该特定电压将用于电感设计或选择。对于降压变压换器，总是优先从（即最小占空比）开始设计电感。在本设计中电压的输入范围为：1418V，输出电压为11V，开关频率为25KHz，输出电流为1A所以对于buck电路而言，需要从（20V）开始设计电感。所以最小占空比为：
