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1、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，也称为直接直流一直流变换器(DC/DCConverter)。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
2、，可构成多相多重 斩波电路。1.2 设计目的及解决方案任务的要求是需要设计一个输出为 2030V 的直流稳压电源，此部分内容由 以前所学模拟电路知识可以解决。然后对降压斩波主电路进行设计，所涉及电力 电子原理知识的直流斩波部分，可以参见所学课本第三章，所选着的全控型器件 为 IGBT 。任务还需要通过 PWM 方式来控制 IGBT 的通断，查阅相关资料，需要使 用脉宽调制器 SG3525 来产生 PWM 控制信号。电路需要使输出电压恒定为 15V， 采用电压闭环，将输出电压反馈给控制端，由输出电压与载波信号比较产生 PWM 信号，达到负反馈稳定控制的目的。得到电路的原理框图如下：图 1 总电路
3、原理框图2 直流稳压电源设计2.1 电源设计原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，其原理框图如下所示：P的交流电压U2。电源变压器的效率为：n =-，其中：P是变压器副边的功率, P2P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1 所示：1表1 小型变压器效率副边功率马10E410 - 30E430 8OE480 - 2OOE4效率耳0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率P后，就可以根据上表算出原边功率P。21在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交 流电压U2变换成脉动的直流电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是
4、把脉动 直流电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电 压U2的有效值的关系为：U = （1.11.2）U ；在整流电路中，每只二极管所承受I2-丫 I 0.45U的最大反向电压为：U =2U ；流过每只二极管的平均电为：仁二2二R 2，RM22R其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC 应满足：RC （35）T ,其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。2由于输入电压U1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电 压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。 本次设计按照任务要求，
5、选定稳压器为可调式。可调式三端集成稳压器是指输出 电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317,系列（LM317）三端稳压器; 有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中, 稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为 Uo=1.2-37V,最大输出电流Iomax =1.5A，输入电压与输出电压差的允许范围为: UI -Uo = 3-40V。2.2 稳压源的设计方法稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电 压厶Uop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和 滤波电路中所用元器
6、件的性能参数，从而合理的选择这些器件。根据稳压电源的 输出电压Uo、最大输出电流Iomax,确定稳压器的型号及电路形式，步骤如下：1）根据稳压器的输入电压UI，确定电源变压器副边电压u2的有效值U2；根据稳压电源的最大输出电流Iomax，确定流过电源变压器副边的电流I2和电源变 压器副边的功率P2；根据P2,从表1查出变压器的效率n，从而确定电源变 压器原边的功率P1。然后根据所确定的参数，选择电源变压器。2）确定整流二极管的正向平均电流ID、整流二极管的最大反向电压U 和滤波RM电容的电容值和耐压值。根据所确定的参数，选择整流二极管和滤波电容。 依据上述设计步骤，对本次课设的直流电源进行设计
7、，输出电压为2030V。集成稳压器选用CW317，其输出电压范围为：Uo =1.2-37V，最大输出电流Iomax 为1.5A。由于CW317的输入电压与输出电压差的最小值（U - U ） = 3V，输入I o min电压与输出电压差的最大值（U -U ）= 40V。故CW317的输入电压范围为:I o maxU + (U U ) U U + (U U )0max I o min Io minI o max即：30V + 3V U 20V + 40VI33V U I= 1A,取I = 1.2A，2 o max2因此，变压器副边输出功率：P I U = 36w2 2 2为了留由于变压器的效率耳=
8、0.8,所以变压器原边输入功率有余地，选用功率为50W的变压器。接着选用整流二极管和滤波电容，由于：U 2U f/5 X 30二42.4V ,RM2I= 1A。IN4001的反向击穿电压U50V，额定工作电流I = 1A = I，0 maxRMD0 max故整流二极管选用IN4001。由于电路对纹波由要求，输出纹波电压：WIOOmv, AU AU o / i，V U U0I选定稳压系数S 3X10-3，根据U = 30V,U = 33V以及公式S = 0IU0.1X 33p-p l = 36.7VU S30 x 3 X10-30VT 1 1I . -1x X二 omax 2 二 50 2 二
9、0.0002724F 二 272.4uF AU36.7电容的耐压要大于.OU =42.4V：故滤波电容C取容量为470uF,耐压为50V的电解 2可以求得：AU AU 二I所以，滤波电容：C 二ItCAUi电容。2.3 稳压电源的安装与调试通过上述稳压电源的设计，得到了所需直流稳压电源电路图如下所示：D&图 4 直流稳压电源电路图OOU1220V在图中取Cl=0.01uF, C2=10uF, CO=luF,二极管用IN4001，在电路图中,R1和Rw组成输出电压调节电路，输出电路U1.25(1 + R /R ), R取1202400，流0 w 1 1过R的电流为510mA。取R为2400，则由U沁1.25(1 + R /R )可以求得，1 1 0 w 1R .二3.6k0 , R= 5.5k0，故取R为10k0的精密线绕电位器即可实现电压w minw maxw输出为20-30V的直流电。通过示波器测试输出电压波形，发现输出纹波电压 1A,反向击穿电压Bvceo30V的IGBT。而一般的 IGBT 基本上都可以满足这个要求。4）对于二极管的选择，当a=1时，其承受最大反压30V；而当a趋近于1时，其 承受最大电流趋近于1A,故需选择额定电压大于30V，额定电流大于1A的二极 管。5）主电路的设计除了要选择
