BUCK变换器设计.doc
- 文档编号:143664
- 上传时间:2022-10-04
- 格式:DOC
- 页数:11
- 大小:600.95KB
BUCK变换器设计.doc
《BUCK变换器设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《BUCK变换器设计.doc(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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2.1Buck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:
Vin=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
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IN5817。
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,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它兼有光耦隔离和电磁隔离,且电路芯片体积小,集成度高,响应快,驱动能力强,内设欠压封锁,而且其成本低,易于调试,并设有外部保护封锁端口等的优点,在此次设计中采用IR2110作为主驱动芯片。
IR2110内部功能由三部分组成:
逻辑输入;电平平移及输出保护。
如上所述IR2110的特点,可以为装置的设计带来许多方便。
尤其是高端悬浮自举电源的设计,可以大大减少驱动电源的数目,即一组电源即可实现对上下端的控制。
其内部电路图如图5.1所示。
图5.1IR2110内部电路
5.2主芯片外围电路设计
虽然IR2110的主要优点是一组电源即可实现对上下端的控制,但遗憾的是在此次BUCK变换电路的设计中只用到了一个开关管,故没有充分体现出IR2110的优点。
考虑到设计方便,选取12脚作为输入端,1脚作为输出端,将2脚接到P-MOSFET开关管的S极,这样便可以使IR2110正常驱动开关管了。
其具体的外围电路如图5.2所示。
6主电路原理图及实接图
6.1主电路图
见附录1。
6.2实物连接图
7设计结果及波形
8设计心得
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- BUCK 变换器 设计