BUCK变换器设计

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1、BUCK变换器设计1设计目的及解决方案1.1问题的提出此次设计的目的是针对给定的特定题目要求，设计一个BUCK变换器DC/DC变换器，使其实现输入电压为DC28V±10%时，输出电压为DC12V，输出电流为2A，电压纹波为1%。1.2设计方案此次设计主要是针对BUCK变换器的主电路进行设计，所选择的全控型器件为P-MOSFET。查阅相关资料，可以使用以脉宽调制器SG3525芯片为主的控制电路来产生PWM控制信号，从而来控制P-MOSFET的通断。然后通过设计以IR2110为主芯片的驱动电路对P-MOSFET进行

2、驱动，电路需要使用两个输出电压恒定为15V的电源来驱动两个芯片工作。图1.1总电路原理框图同时采用电压闭环，将输出电压进行分压处理后将其反馈给控制端，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1.1所示。2.电路基本结构及降压原理2.1电路基本结构下图1.2所示为BUCK型DC/DC变换器的基本结构，此电路主要由虚线框内的全控性开关管T和续流二极管D以及输出滤波电路LC构成。对开关管T进行周期性的通、断控制，便能将直流电源的输入电压Vs变换成为电压Vo输出给负载。图2.

3、1Buck变换器的电路结构2.2电路降压原理在一个开关周期Ts期间对开关管T施加如图1.1（b）所示的驱动信号VG，在Ton期间，VG>0，开关管T处于通态，若忽略其饱和压降，输出电压Uo等于输入电压；在Toff期间，VG=0，开关管T处于断态，若忽略开关管的漏电流，输出电压为0。开关管T导通时间与周期Ts的比值称为占空比D，即D=Ton/Ts。因此Vo=DVs，所以可以通过调节占空比D的大小，便可调节输出直流电压的大小，从而也就达到了降压的目的。3BUCK变换器参数设计3.1Buck变换器性能指标输入电压：V

4、in=DC28V±10%；l输出性能：Vout=DC12V、Io=2A；Iout=0.1A时，电感电流临界连续。l电压纹波：1%。3.2Buck变换器主电路设计3.2.1占空比D计算根据Buck变换器的性能指标要求及Buck变换器输入输出电压之间的关系求出占空比的变化范围：因此可以得出占空比的取值范围为0.39~0.48。3.2.2工作频率选择此次设计中考虑到购买器材、设计方便等多方面因素，选取的频率为fs=100kHz。3.2.3滤波电感L计算变换器轻载时，如果工作在电流连续区，那么为了保持一定的输出电压，占

5、空比大为减小，也就是说开关管导通时间很短。如果这个时间小于开关管的存储时间与最小控制时间之和，变换器的输出将出现失控或输出纹波加大，因此希望变换器工作在电感电流连续状态。要使电流连续必须最小负载电流大于临界负载电流；即应满足，应按最小占空比D=0.39来确定实际运行中的临界负载电流，即要求根据计算，故选取200μH的电感，这样便可以保证电路工作在连续导电模式。3.2.4滤波电容C的设计在开关变换器中，滤波电容通常是根据输出电压的纹波要求来选取。该Buck变换器的输出电压纹波要求为便可以得出LC滤波器的谐振频率为

6、便可以得出在实际购买器件中，考虑到生产指标的限制，选取了4.7μF的电容。3.2.5开关管MOSFET的选择由于电感电流脉动的最大峰峰值为所以有，取1.5倍的电流负载系数，故iL=3.27A。由于开关管所承受的最大正向电压为30.8V，取2倍的安全系数，即电压为61.6V。故可选取5A/100V的P-MOSFET开关管。在实际购买中，选取的开关管为14A/500V的IRFP450。3.2.6二极管的选取由于此次设计所选取的频率较高，因此选取快恢复二极管，根据开关管所承受的电压和电流，选取的二极管的型号为IN58

7、17。4控制电路设计4.1振荡频率的计算在此次设计中运用的控制芯片是SG3525，在此节中的频率计算也就是计算控制芯片SG3525输出PWM波的频率，也就是整个电路工作的开关频率，此参数受SG3525的外围电路中的C10、R11、R12控制，SG3525的振荡频率的计算公式为，PWM波的频率为f/2，由于设计所选取的频率为fs=100kHz，故振荡频率为200kHz，根据计算公式选取C65=2nF、R54=10Ω、R53=3.3KΩ。4.2主驱动芯片的外围电路此次设计中选取的采样电压由主电路输出电压进行分压所得

8、，主电路的输出电压为12V，而控制芯片所需的采样为2.5V，因此选用10K和2K的电阻进行分压。该电路采用闭环控制方式，1脚和9脚接入R53和C68，形成比例积分调节控制器，选取的参考值为R53=10K，C68=104。2脚为同相输入端，接参考电压，此此参考电压取自16脚的分压，通过R53可以确定其取值。其外围电路如图4.2所示。5驱动电路设计5.1主芯片介绍考虑到IR2110它兼有光