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武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书
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—直流变换器(DC/DC Converter)。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,
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 20~30V 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 总电路原理框图
2 直流稳压电源设计
2.1 电源设计原理
1
武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书
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:
图 2 直流稳压电源原理框图
图 3 直流稳压波形图
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压U1变换为整流电路所需要
的交流电压U2。电源变压器的效率为: ,其中: 是变压器副边的功率,
是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1 所示:
表1 小型变压器效率
因此,当算出了副边功率 后,就可以根据上表算出原边功率 。
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
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: ;在整流电路中,每只二
极管所承受的最大反向电压为: ;流过每只二极管的平均电为:
,
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: , 其中:T = 20ms 是50Hz 交流电压的周期。
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,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。
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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ΔUop-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η,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 和滤
波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,输出电压为20—
30V。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
,输入电压与输出电压差的最大值 。故
CW317的输入电压范围为:
即:
变压器副边电流: ,
因此,变压器副边输出功率:
由于变压器的效率
= 0.8,所以变压器原边输入功率 ,为了留有余
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: ,
。IN4001 的反向击穿电压 ,额定工作电流
,故整流二极管选用IN4001。由于电路对纹波由要求,输出纹
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波电压:≤100mv,选定稳压系数 ,根据 以
及公式 ,
可以求得:
所以,滤波电容:
电容的耐压要大于 =42.4V,故滤波电容C取容量为470uF,耐压为50V
的电解电容。
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:
图 4 直流稳压电源电路图
在图中取C1=0.01uF,C2=10uF,C0=1uF,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 , 取
120—240 ,流过 的电流为5—10mA。取 为240 ,则由
可以求得, = , ,故取
为10k 的精密线绕电位器即可实现电压输出为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<100mv,满足设计要求。
3 降压斩波主电路设计
3.1 BUCK 电路工作原理
4
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资源评论
- yujiyunlin2012-12-18还可以吧,没想象的那么好
- wwxmud2013-11-06很一般,可以看看
- 电力胶囊2014-04-15还不错,可以参考
- shacat2011-12-30失望,原以为是AC整流之后,直接用BUCK降压,然而却是AC经过变压器整流稳压之后,再BUCK,这不是多此一举么
a529605616
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