1、電氣與電子信息工程學(xué)院 電力電子裝置設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)報(bào)告名 稱： 開關(guān)直流降壓電源(BUCK)設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 11級電氣本（1）班 學(xué)號： 201140220120 姓 名： 指導(dǎo)教師： 胡國珍 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年9月15日9月26日 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 3號樓 404教室 電力電子裝置設(shè)計(jì)與制作報(bào)告成績評定表姓 名 學(xué)號201140220120專業(yè)班級11級電氣工程及其自動(dòng)化（1）班題目：開關(guān)直流降壓電源(BUCK)設(shè)計(jì)答辯記錄：1. 該設(shè)計(jì)控制電路由哪些基本構(gòu)成？答：控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由采樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電路等電路構(gòu)成。這部分電

2、路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電源用集成電路。控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。2.輸出電路是怎么工作的？答：輸出電路是采用LC電路，當(dāng)開關(guān)管飽和和導(dǎo)通時(shí)，電路儲(chǔ)存在電感中，同時(shí)也流向負(fù)載。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，由于電桿上的電流不能突變，儲(chǔ)存于電感中的能量繼續(xù)供給負(fù)載，此時(shí)續(xù)流二極管導(dǎo)通，構(gòu)成閉合回路。電容起到濾波平滑輸出的作用。成績評定及依據(jù)：1. 考勤情況（10%）：2. 設(shè)計(jì)調(diào)試情況（50%）：3. 設(shè)計(jì)答辯（10%）：4. 設(shè)計(jì)報(bào)告（完成情況、報(bào)告規(guī)范性等情況30%）：最終評定成績（以分?jǐn)?shù)和優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）： 指導(dǎo)教師簽字： 任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 開關(guān)

3、直流降壓電源(BUCK)設(shè)計(jì) 教學(xué)院：電氣與電子信息工程學(xué)院 專業(yè)班級：11電氣工程及其自動(dòng)化（1）班姓名： 學(xué)號： 201140220120 指導(dǎo)教師： 胡國珍 一、課程設(shè)計(jì)題目： 開關(guān)直流降壓電源(BUCK)設(shè)計(jì)；輸入交流220V，輸入的直流電12V，降壓到6V直流電輸出設(shè)計(jì)，利用PWM進(jìn)行調(diào)制。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)題目選擇合適的輸入輸出電壓進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，在Protel或OrCAD軟件上進(jìn)行原理圖繪制；滿足設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行硬件制作和調(diào)試。如實(shí)驗(yàn)結(jié)果不滿足要求，則修改設(shè)計(jì)，直到滿足要求為止。設(shè)計(jì)題目選：題目一：開關(guān)直流降壓電源（BUCK）設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：1）輸入交流電壓220V（可省略此

4、環(huán)節(jié)）。2）輸入直流電壓在8-18V之間。3）輸出直流電壓5-16V，輸出電壓紋波小于2%。4）輸出電流1A。 5）采用脈寬調(diào)制PWM電路控制。題目二：開關(guān)直流升壓電源(BOOST)設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：1）輸入交流電壓220V（可省略此環(huán)節(jié)）。2）輸入直流電壓在8-18V之間。3）輸出直流電壓10-25V，輸出電壓相對變化量小于2%。4）輸出電流1A。5）采用脈寬調(diào)制PWM電路控制。三、進(jìn)度安排序號名 稱時(shí) 間1下發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)書，布置設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)時(shí)間安排。一 天2掌握鋸齒波產(chǎn)生電路、電壓反饋電路、控制電路的工作原理一 天3掌握穩(wěn)壓電源電路工作原理半 天4繪出原理框圖以及各部分電路的詳細(xì)

5、連接圖一 天5學(xué)會(huì)借用電子線路CAD正確繪制電路圖；一 天6掌握焊接技術(shù)以及MOSFET、二極管、三極管等器件的檢測方法半 天7掌握電路的安裝與調(diào)試一 天8根據(jù)直流穩(wěn)壓電源電路的工作原理設(shè)計(jì)電路圖一 天9了解電子電路板的制作過程半 天10學(xué)習(xí)電路原理圖及印制電路板圖的讀圖方法半 天11掌握穩(wěn)壓開關(guān)電源的檢測與調(diào)試一 天12書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告一 天四、基本要求1、獨(dú)立設(shè)計(jì)原理圖各部分電路的設(shè)計(jì)；2、制作硬件實(shí)物，演示設(shè)計(jì)與調(diào)試的結(jié)果。3、寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。內(nèi)容包括電路圖、工作原理、實(shí)際測量波形、調(diào)試分析、測量精度、結(jié)論和體會(huì)。4、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告：不少于3000字，統(tǒng)一復(fù)印封面并用4紙寫出報(bào)告。封面、

6、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書摘要，關(guān)鍵詞（中英文）方案選擇，方案論證系統(tǒng)功能及原理。（系統(tǒng)組成框圖、電路原理圖）各模塊的功能，原理，器件選擇實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析設(shè)計(jì)小結(jié)附錄-參考文獻(xiàn) 教研室主任： 胡學(xué)芝 2014年9月 1 日 目 錄摘要2Abstract.2.一.方案論證與選擇31.1 基本要求31.2 總方案的設(shè)計(jì)與選擇31.3 控制芯片的選擇31.4 隔離電路的選擇4二. 方案設(shè)計(jì)的原理圖與工作原理42.1 系統(tǒng)總體框圖及原理圖42.2 BUCK主電路原理圖及工作原理52.3 控制電路圖及工作原理6三. 控制電路的設(shè)計(jì)及電路參數(shù)的計(jì)算63.1 TL494控制芯片63.2 電路參數(shù)的計(jì)算7電感值的計(jì)算73

7、.2.2 線圈圏數(shù)計(jì)算7四. 設(shè)計(jì)小結(jié)8參考文獻(xiàn)8 開關(guān)直流降壓電源（BUCK）設(shè)計(jì)摘 要 本次電力電子裝置設(shè)計(jì)與制作，利用BUCK型轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)12V-6V的開關(guān)直流降壓電源的設(shè)計(jì)。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(guān)斷。為了將MOS管G極和S極隔離，本設(shè)計(jì)采用了推挽式放大電路。另外本設(shè)計(jì)還加入了反饋環(huán)節(jié)，利用芯片自身的基準(zhǔn)電壓與反饋信號進(jìn)行比較來調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比，進(jìn)而調(diào)整主電路的輸出電壓維持在一個(gè)穩(wěn)定的電壓狀態(tài)。關(guān)鍵字：BUCK型轉(zhuǎn)換器；降壓電源；TL494；推挽式放大電路。AbstractThis Power electronic equipment de

8、sign is used by BUCK to catch the goal of 12V-6VSwitch dc step-down 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 additio

9、n, the design also joined the feedback link to make the circuit more accurate and stable .Key word: BUCK type converter, Step-down power, TL494, Push-pull amplifier circuit.1 方案論證與選擇開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)控制功率器件（MOSFET、三極管等）的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來穩(wěn)定輸出電壓的一種穩(wěn)壓電源，具有轉(zhuǎn)換功率高，體積小，重量輕，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源與傳統(tǒng)線性電源相比有以下區(qū)別： （1）開關(guān)電源是直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l

10、脈沖電流，將電能儲(chǔ)存到電感、電容元件中，利用電感、電容的特性將電能按照預(yù)定的要求釋放出來改變輸出電壓或電流的；線性電源沒有高頻脈沖和儲(chǔ)存元件，它利用元器件線性特性在負(fù)載變化時(shí)瞬間反饋控制輸入達(dá)到穩(wěn)定電壓和電流的。 （2）開關(guān)電源可以降壓，也可以升壓；線性電源只能降壓。 （3）開關(guān)電源效率高；線性電源效率低。 （4）開關(guān)電波紋大；線性電源控制速度快，波紋小。1.1 基本要求 輸入直流16V，輸出直流8V；開關(guān)振蕩頻率23.4KHZ。1.2總方案的設(shè)計(jì)與論證方案一：LDO也就是低壓差線性穩(wěn)壓管來設(shè)計(jì)電路。其優(yōu)點(diǎn)是輸出波形穩(wěn)定，噪音小，所以外部電路比較簡單。缺點(diǎn)是輸入和輸出電壓不可以很大，效率比較低

11、，其負(fù)載電流相對比較小。方案二：使用BUCK型轉(zhuǎn)換器。優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載電流大，效率高，發(fā)熱小。缺點(diǎn)是通過MOS管的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電源的轉(zhuǎn)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(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生干擾信號。但綜合我們的設(shè)計(jì)目的，需要大負(fù)載，大壓差，高效率，小發(fā)熱的電路。故優(yōu)選BUCK型電路。1.3 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(jià)格便宜。它由具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，RS觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)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(gòu)成的DC

12、DC變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(jī)(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。方案二：采用TL494芯片。它是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，主要為開關(guān)電源電路而設(shè)計(jì)，在開關(guān)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(shè)計(jì)是比較小的手工制作電路，所以選擇方案二最為合宜。1.4 隔離電路的選擇方案一：采用光耦隔離的優(yōu)點(diǎn)是：占空比任意可調(diào)；隔離耐壓高；抗干擾能力強(qiáng)，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(shù)MHz,其中線性光耦尤其適用于信號反饋。 其缺點(diǎn)是：在全橋拓?fù)渲校_關(guān)器件為4個(gè)，需34個(gè)光耦，而每一光耦都需獨(dú)立電源供電，增加了電路的復(fù)雜性，成

13、本增加，可靠性降低；因光耦傳輸延遲較大，為保證開關(guān)器件開通與關(guān)斷的精確性，必須使各路的結(jié)構(gòu)參數(shù)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(guān)速度較慢，對驅(qū)動(dòng)脈沖的前后沿產(chǎn)生較大延時(shí)，影響控制精度。方案二：采用推挽式放大電路進(jìn)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(jià)比比較高，而且很方便。綜合二者性能，本次設(shè)計(jì)選擇方案二。 2 方案設(shè)計(jì)的原理圖和工作原理 2.1 系統(tǒng)總體框圖及原理圖 直流輸出高頻變換器直流輸入比較器基準(zhǔn)電壓振蕩器取樣器脈寬調(diào)制 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖 圖2-2 電路原理圖2.2 BUCK 主電路原理圖及工作原理 圖2-3 BUCK 主電路原理圖設(shè)計(jì)中

14、采用降壓式開關(guān)電源（BUCK）。降壓式開關(guān)電源的典型原理圖如圖2-3所示。當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，二極管D 截止，輸入的整流電壓經(jīng)S和L向C充電，這一電流使電感L中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開關(guān)管S截止時(shí)，電感L感應(yīng)出左幅右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管D釋放電感L中儲(chǔ)存的能量，維持輸出電流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在S基極上的脈沖寬度確定。這種電路使用元件少，只需要利用電感、電容和二極管即可實(shí)現(xiàn)。2.3 控制電路圖及工作原理 圖2-4 控制電路原理圖芯片14腳輸出基準(zhǔn)電壓通過電阻分壓分別進(jìn)入15號腳做來與16號反饋信息進(jìn)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(jìn)行比較

15、，從而調(diào)節(jié)8號腳與11號腳輸出的脈沖信號的占空比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)MOS管的開通與關(guān)斷的頻率與時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)輸出端輸出理想的穩(wěn)定的電壓值。3 控制電路的設(shè)計(jì)及電路參數(shù)的計(jì)算3.1 TL494 控制芯片 TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包括了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。TL494有SO-16和PDIP-16這兩種封裝形式，以適用不同場合的要求。TL494內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可以通過外部的一個(gè)電阻和電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率計(jì)算公式為，R=4.7K歐姆，C103.計(jì)算得。3.2 電路參數(shù)的計(jì)算3.2.1電感值的計(jì)算由于產(chǎn)生脈沖的芯片相

16、應(yīng)R4.7K歐姆，C103.則芯片產(chǎn)生的脈沖頻率為f=1.1/(RC).計(jì)算得f=23.4KHZ.在電感充放電一個(gè)周期內(nèi)：得 開通時(shí) 對于BUCK電路，開通時(shí)， D=Uo/Ui. 所以 故計(jì)算得出 L3.2.2 線圈圏數(shù)計(jì)算由公式：，可得匝數(shù)N10圈 4 設(shè)計(jì)小結(jié)本次關(guān)于電力電子裝置的課程設(shè)計(jì)收獲很多。首先我通過認(rèn)真的準(zhǔn)備，對所學(xué)的理論知識(shí)有了更深的了解，對以前沒有弄清楚的問題在這次設(shè)計(jì)中通過親自動(dòng)手查證，論證，都一一解決了。特別是對這門課程中比較重要的知識(shí)，同時(shí)通過此次設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了掌握這門技術(shù)的興趣和決心。此次課程設(shè)計(jì)過程中，我暴露出來的問題還是很多的。首先，在剛看到這個(gè)這個(gè)題目時(shí)，不知道從什么地方開始，平時(shí)所了解的理論知識(shí)不足以解決涉及所要達(dá)到的要求，只有去網(wǎng)上搜集了很多相關(guān)的資料 ，