降压型(BUCK)DC-DC电路的设计与制作设计报告.doc

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1、课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1).学习和了解DC-DC变换电路的特点；2).掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3).熟悉强、弱电电路的隔离应用；4).培养电子电路的设计能力和基本应用技能。二、课题任务1）设计参数要求：①DC-DC主电路输入电压VI=12V；②输出电压:VO=5V；③输出电流：IO=1A；④输出电压纹波峰-峰值Vpp≤50mV，即纹波≤1%；⑤额定输出功率PO=5W。2）PWM驱动信号：①PWM驱动信号频率fS=20kHz；②PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电

2、路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。5）撰写完整的实习报告。三、实验原理BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。开关S断开的时候，VD二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。这样电压就能降低。实际使用的时候，S开关是通过MOSFE或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压

3、Buck-Boost型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。图1降压变换器原理图当施加输入直流电压Ui后，降压型电路需经过一段较短时间的暂态过程，才能

4、进入到稳定工作状态。在稳态工作过程中，降压型电路存在着滤波电感电流连续模式(ContinuousCurrentMode，CCM)和电感电流断续模式(DiscontinuousCur-rentMode，DCM)两种工作模式。电感电流连续模式是指滤波电感L上的电流iL总是大于0，而电感电流断续模式是指在开关关断期间，有一段时间iL=0。下面就分别分析这两种工作模式。1．电感电流连续模式当电感电流连续时，Buck型电路在一个开关周期内经历两个开关状态，即开关导通t0~t1和开关关断tl~t2两个时间段，两种开关状态电路如图2所示（图中虚线表示该段电路在该时

5、段没有电流流过）。图2Buck电路CCM模式下开关状态(a)S导通；(b)S断开在t0~t1时段，如图2(a)所示，在t=t0时刻，开关S受激励导通，输入电压Ui通过开关S加到二极管VD、输出滤波电感L和输出滤波电容C上，二极管VD因承受反向电压而截止。开关S保持导通到t1时刻，流过开关S的电流is等于滤波电感电流iL。在这段时间内，加在滤波电感L上的电压为Ui-Uo，由于Ui>Uo，这个电压差使电感电流iL线性上升，于是有（式3-1）当t=t1，Δt1=t1-t0=ton时，iL从最小值iLmin线性上升到最大值iLmax，iL的增量为（式3-2）

6、式中：D=ton/T，称为占空比；ton为开关S的导通时间。在t1-t2时段，如图2(b)所示，在t=t1时刻，开关S关断。由于在t0~t1时段滤波电感L储能，电感电流iL通过续流二极管VD继续流通。在这段时间内，加在滤波电感L两端的电压为-Uo，电感电流iL线性减小。当t=t2，Δt2=t2-t1=toff时，iL最大值iLmax线性减小到最小值iLmin，iL的减小量为直到t2时刻，开关S再次受激励导通，开始下一个开关周期。（式3-3）对应于一个开关周期T的两个时段t0~t1和t1~t2内，电路中主要电压和电流波形，如图3所示。图3Buck型CC

7、M模式下相关波形图从图3可以看出，开关S导通期间，电感电流iL的增量ΔiL+等于开关S关断器件电感电流iL的减小量iL-，即ΔiL+=iL-。将式(3-2)、式(3-3)代入，得到Uo=DUi(式3-4)式(3-4)表明，Buck型电路输出电压与占空比D成正比，且占空比总小于1，因此输出电压总是小于输入电压，这也是其成为降压型变换电路的原因所在，改变占空比即可输出电压。忽略电路损耗，输入功率与输出功率相等，即Pi=Po(式3-5)，因此有UiIi=UoIo(式3-6)，结合式(3-4)，得到Ii=DIo(式3-7)四、控制电路方案选择（a）控制电路需

8、要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断，通过对占空比的调节达到控制输出电压大小的目的