1、2013 2014 學年 第 二 學期 Buck電路的設計 課 程 設 計 報 告 題 目： Buck電路的設計 專 業： 11 電氣工程及其自動化 班 級： 2 姓 名： 吳 哲 伍 東 錢 華 席曉雙 夏 盛 徐 安 謝 祥 指導教師： 周 松 林 電氣工程學院2014年5月26日1、任務書 課題名稱指導教師（職稱） 執行時間2013 2014 學年第 2 學期 第15 周學生姓名學號承擔任務吳哲1109141139負責找文檔和仿真原理圖伍東1109141140負責仿真原理圖和文檔的要求錢華1109141168負責仿真原理圖席曉雙1109141141負責仿真原理圖夏盛1109141142負

2、責仿真原理圖謝祥1109141143負責仿真原理圖徐安1109141144負責仿真原理圖設計目的使用TL494作為控制芯片輸出脈沖信號從而控制MOS管的開通與關斷。本設計采用了推挽式放大電路。另外本設計還加入了反饋環節，利用芯片自身的基準電壓與反饋信號進行比較來調節輸出脈沖的占空比，進而調整主電路的輸出電壓維持在一個穩定的電壓狀態設計要求本論文采用雙端驅動集成電路TL494輸的PWM脈沖控制器設計開關電源，利用MOSFET管作為開關管，可以提高電源變壓器的工作效率，有利于抑制脈沖干擾，同時還可以減小電源變壓器的體積。開關直流降壓電源（BUCK）設計摘 要 本次電力電子裝置設計與制作，利用BUC

3、K型轉換器來實現16V-8V的開關直流降壓電源的設計。使用TL494作為控制芯片輸出脈沖信號從而控制MOS管的開通與關斷。為了將MOS管G極和S極隔離，本設計采用了推挽式放大電路。另外本設計還加入了反饋環節，利用芯片自身的基準電壓與反饋信號進行比較來調節輸出脈沖的占空比，進而調整主電路的輸出電壓維持在一個穩定的電壓狀態。關鍵字：BUCK型轉換器；降壓電源；TL494；推挽式放大電路。Abstract This Power electronic equipment design is used by BUCK to catch the goal of 16V-8VSwitch dc step-d

4、own power supply design. Use TL494 as control chip output pulse signal to control the opening of MOS tube and shut off. In order to make the MOS tube G pole and S pole separate, this design uses a push-pull amplifier circuit. In addition, the design also joined the feedback link to make the circuit

5、more accurate and stable .Key word: BUCK type converter, Step-down power, TL494, Push-pull amplifier circuit. 目 錄摘要1Abstract.1.1.方案論證與比較31.1 總方案的設計與論證31.2 控制芯片的選擇31.3 隔離電路的選擇32. BUCK電路工作原理43. 控制電路的設計及電路參數的計算63.1 TL494控制芯片63.2 電路參數的計算7電感值的計算73.2.2 線圈圏數計算74. 實驗結果以及分析7設計小結9參考文獻91.方案論證與比較1.1 總方案的設計與論證方案

6、一：LDO也就是低壓差線性穩壓管來設計電路。其優點是輸出波形穩定，噪音小，所以外部電路比較簡單。缺點是輸入和輸出電壓不可以很大，效率比較低，其負載電流相對比較小。方案二：使用BUCK型轉換器。優點是負載電流大，效率高，發熱小。缺點是通過MOS管的開關來實現電源的轉換，所以其紋波比較大，噪音大，需要很多電容為其濾波，并且開關過程中會產生干擾信號。但綜合我們的設計目的，需要大負載，大壓差，高效率，小發熱的電路。故優選BUCK型電路。1.2 控制芯片的選擇方案一：選擇MC34063控制芯片。該器件本身包含了DCDC變換器所需要的主要功能的單片控制電路且價格便宜。它由具有溫度自動補償功能的基準電壓發生

7、器、比較器、占空比可控的振蕩器，RS觸發器和大電流輸出開關電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心，由它構成的DCDC變換器僅用少量的外部元器件。主要應用于以微處理器(MPU)或單片機(MCU)為基礎的系統里。方案二：采用TL494芯片。它是一種固定頻率脈寬調制電路，主要為開關電源電路而設計，在開關電路中比較常見。綜合對芯片的熟悉程度以及考慮到本次設計是比較小的手工制作電路，所以選擇方案二最為合宜。1.3 隔離電路的選擇方案一：采用光耦隔離的優點是：占空比任意可調；隔離耐壓高；抗干擾能力強，另外，光耦屬電流型器件，對電壓性噪聲能有效地抑制；傳輸信號范圍從DC到數MHz,

8、其中線性光耦尤其適用于信號反饋。 其缺點是：在全橋拓撲中，開關器件為4個，需34個光耦，而每一光耦都需獨立電源供電，增加了電路的復雜性，成本增加，可靠性降低；因光耦傳輸延遲較大，為保證開關器件開通與關斷的精確性，必須使各路的結構參數一致，使各路的延遲一致，而這往往難以做得很好； 光耦的開關速度較慢，對驅動脈沖的前后沿產生較大延時，影響控制精度。方案二：采用推挽式放大電路進行隔離。這是一種常用的隔離方式，對于小型手工電路板來說性價比比較高，而且很方便。綜合二者性能，本次設計選擇方案二。2. BUCK電路工作原理圖1. BUCK電路圖 降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖如上所示。該電

9、路使用MOS管作為開關。在上圖中，為在V關斷時給負載中的電感電流提供通道，設置了續流二極管VD。斬波電路的典型用途之一是拖動直流電動機，也可帶蓄電池負載，兩種情況下負載中均會出現反電動勢，如圖中Em所示。若負載中無反電動勢時，只需令Em=0。電路的工作波形如下所示：由圖6中的V的柵射電壓波形可知，在t=0時刻驅動V導通，電源E向負載供電，負載電壓=E，負載電流按指數曲線上升。當t=時刻，控制V關斷，負載電流經二極管VD續流，負載電壓近似為零，負載電流呈指數曲線下降。為了使負載電流連續且脈動小，通常串接L值很大的電感。至一個周期T結束，再驅動V導通，重復上一周期的過程。當電路工作與穩態時，負載電

10、流在一個周期的初值和終值相等。負載電壓的平均值為 ；式中，為V處于通態的時間；為V處于斷態的時間；T為開關周期；為導通占空比。由此式知，輸出到負載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。因此將該電路稱為降壓斬波電路。負載電流的平均值為 ，若負載中的L值較小，則在V關斷后，到了時刻，如圖7所示，負載電流已衰減至零，會出現負載電流斷續的情況。由波形可見，負載電壓平均值會被抬高，一般不希望出現電流斷續的情況。根據對輸出電壓平均值進行調制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：1） 保持開關周期T不變，調節開關導通時間，稱為脈沖寬度調制（PWM方式）。2） 保持開關導通時間不變，改變開關周期T，

11、稱為頻率調制。3） 和T都可調，使占空比改變，稱為混合型。本次設計電路采用PWM方式控制IGBT的通斷。圖3. 電流斷續時波形以上的電壓電流關系還可以從能量傳遞關系簡單地推得。由于L為無窮大，故負載電流維持為不變。電源只在V處于通態時提供能量，為。從負載看，在整個周期T中負載一直在消耗能量，消耗的能量為。一個周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負載消耗的能量相等，即：則：與上述結論一致。在上述情況中，均假設L值為無窮大，且負載電流平直。在這種情況下，假設電源電流平均值為，則有：其值小于等于負載電流，由上式得 即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。圖4.系統電路圖3.

12、 控制電路的設計及電路參數的計算3.1 TL494控制芯片TL494控制芯片是一個固定頻率的脈沖寬度調制電路內置線性鋸齒波振蕩器振蕩頻率可通過外部的電阻R T和電容C T來進行。其振蕩頻率為,R=4.7K歐姆，C103.計算得。圖5. TL494脈沖寬度調制電路芯片14腳輸出基準電壓通過電阻分壓進入15號腳作來與16號反饋信號進行比較的基值。從主電路輸出端引出的反饋信號即16號腳，與15號腳的基值進行比較，從面調節8號腳和11號腳輸出的脈沖信號的占空比，從而達到調節MOS管的開通與關斷的頻率與時間，最終實現輸出端輸出理想的穩定的電壓值。本次設計選擇輸入16V，輸出8V。3.2 電路參數的計算3

13、.2.1電感值的計算由于產生脈沖的芯片相應R4.7K歐姆，C103.則芯片產生的脈沖頻率為f=1.1/(RC).計算得f=23.4KHZ.在電感充放電一個周期內：得 開通時 對于BUCK電路，開通時， D=Uo/Ui. 所以 故計算得出 L3.2.2 線圈圏數計算由公式：，可得匝數N10圈4. 實驗結果以及分析實際測試結果如下： 圖4-1 輸入、輸出電壓 圖4-2 5號腳輸出的鋸形波 圖4-3 占空比 圖4-4 帶負載時電感兩端的電壓測試分析：電路測試一切正常，波形滿足要求且比較穩定。設計小結回顧此次電力電子裝置課程設計的一個星期，我感慨很多。從理論到時踐，我們遇到了很多困難，但是同時也學到了好多東西。它不僅鞏固了以前所學的理論知識，更是學到了很多課外的東西，鍛煉了我們解決實際問題的能力。在此次課程設計過程中，我們遇到的問題還是很多的。剛開始拿到這個題目時，不知道如何下手，課本上涉及這部分的原理知識比較少，光靠自己所學的知識根本解決不了，于是我們小組去圖書館以及網站找了很多資料，學習了很多課本上沒有的東西，感覺特別充實。然后在做設計的過程中我們學到了很多東西，也覺得知識掌握得不