30W buck电路的设计

电力电子应用课程设计课题：30W buck电路的设计

班级学号

姓名

专业电气工程及其自动化

系别电子与电气工程学院

指导教师陈万

淮阴工学院电气工程系

2015年5月

30W buck

电路的设计

L

D

C

R V L

i i u o

u +

-

+-

O

t

g u O

t

L i max

L i min

L i T

on

t

图1 buck 主电路及电感电流波形

一、设计目的：

图1示出了buck 主电路和电路中关键波形，通过本课题的分析设计，可以加深学生对buck 变换电路的理解，让学生学会分析buck 电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕制，建立硬件电路并进行开关调试；能够加强学生对脉宽调制（PWM ）非隔离电力电子变流电路的理解以及该电路中MOSFET 的驱动电路的设计和调试。

输入：36～75Vdc ，输出：15Vdc/2A

二、设计任务：

1、分析buck电路工作原理，深入分析功率电路中各点的电压波形和各支路的电流波形；

2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级，并给出所选器件的型号，设计变换器输出滤波电感及滤波电容。

3、给出控制电路的设计方案，能够输出一频率和占空比可调的源。

4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试。

三、研究和设计buck电路的意义

通过本课题的分析设计，可以加深学生对buck变换电路的理解，让学生学会分析buck电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，熟悉变换器中直流滤波电感的计算和绕制，建立硬件电路并进行开关调试；能够加强学生对脉宽调制（PWM）非隔离电力电子变流电路的理解以及该电路中MOSFET的驱动电路的设计和调试。

四、工作原理

Buck变换器是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流变换器。开关管、二极管、输出滤波电容和输出滤波电感构

成了它的主电路。

为了分析稳态特性，简化推导公式，特作如下假设

（1）开关晶体管、二极管均是理想元件。也就是可以瞬间导通截止，而且导通时压降为零，截止时漏电流为零。

（2）电感、电容是理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零。

（3）输出电压中的纹波电压与输出电压的比值小到允许忽略。Buck变换器的工作原理：

当开关管T导通时，电容开始充电，Ui通过L向负载传递能量，此时，IL增加，电感内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，而续流二极管因反向偏置而截止;当T关断时，由于电感电流IL不能突变，故IL通过二极管D续流，电感电流逐渐减小，电感上的能量逐步消耗在负载上，IL>=0,从而可在负载上获得单极性的输出电压。

根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制它的导通和截止，对于NPN晶体管，当基极加入正向信号时，将产生基极电流Ib，基极正向电压升高，Ib也随之升高，Ib也随之升高，达到一定数值后，集电极电流Ic达到最大值，其后继续增加Ib,,Ic也基本不变，这种现象称为饱和。在饱和状态下，晶体管的集-射极电压很小，可以忽略不计。因此晶体管的饱和状态相

当于开关的接通状态。当基极加入反向偏压时，晶体管截止，集电极电流Ic 接近于零，而晶体管的集-射极电压接近于电源电压。晶体管的这种状态相当于开关的断开状态，通常称为截止状态，或称为关断状态。

从Buck 变换器的工作原理可以看出，电感可以工作在电流连续的方式下也可以工作在电流不连续的工作状态。电感电流连续是指输出滤波电感的电流总大于零，电感电流断续是指在开关管关断期间有一段输出滤波电感的电流为零。在这两种工作方式之间有一个工作边界，称为电感电流连续状态，即在开关管关断末期，滤波电感的电流刚好降为零。 电流连续时得出：

R E

m e e R E R E e e I m T t ???? ??---=-???

? ??--=1

111//10

1ραρττ；

R E m e e R E R E e e I m T t ??

?? ??---=-???

? ??--=----ραρτ

τ

1111//201； 式中，R L /=τ

，τρ/T =，E E m m /=，αρττ=??

?

?????? ??=T T t t 11/，10I 和20I 分别

是负载电流瞬时值的最小值和最大值。把上式用泰勒级数近似，可

得 ()o

I R

E m I I =-≈≈α2010

平波电抗器L 为无穷大，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。电流连续时负载电压的平均值为

E E T

t

E t t t U on off on on o α==+=

式中，on t 为V 处于通态的时间，off t 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。 负载电流平均值为 R

E U I m

o o -=

电流断续时有01I =0，且t=on t +x t 时，2I =0，可以得出

??

?

???--=-m e m t x αρτ)1(1ln 电流断续时，x t

1

1

-->ραρe e m

输出电压平均值 E m T t

t T E t t T E t U x

on m x on on o ??

?

?????? ??+-+=--+=1)(α 负载电流平均值 R E U R

E m T t t t i t i T I m o x on t t t t o

on x on on -=??? ??

+-=??? ??+=

??+α021d d 1

电流断续时，负载电压uo 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。

图2.电流连续时波形

五、元器件参数的计算与选取

1占空比的范围

D=u0/ui 所以0.2

2电感电流平均值

IL=I0==15/R=2A

电感电流线性上升量记D=D1,D2=1-D

由于稳态时这两个变化量相等，即ΔiL1=ΔiL2

又因为D1+D2=1 ,所以U0=UiD1

3临界电感Lc

注：P0为变换器输出功率P0=I0U0

当f=50Hz时，T=20*

取电感量L为临界连续电感量Lc的 1.2倍，则L=1.2Lc50=1.2*60=72

设纹波电压小于100mv ，纹波电流小于2A

C=(1-D)=*(1-0.2)=83

取1.2倍的电容C=1.2*83=100

Tr: 电压按2倍裕量，电流按1.5倍裕量。

U=75*2=150V

ITr(on)=I0+0.5ΔIL=2+2=4A

ITr(arg)=DI0=0.2*2=0.4A

D:

Vd=75*2=150V

Id(on)=I0+0.5ΔIL=2+2=4A

Id(arg)=(1-0.2)I0=1.6A

六、实验器件的选择

Buck变换器设计指标为输入：36～75Vdc，输出：15Vdc/2A

1. 开关管V开关频率50kHz，开关管V截止时，回路通过二极管D续流，MOSET管正向承受电压150V;当占空比D=1时，MOSET管有最大电流，其值为4A，故需要选择集电极最大连续电流Ic>4A,反向击穿电压>150V。

2.二极管D：二极管当占空比D=1时，其承受最大反压150V，而当K趋近1时，其承受最大电流趋近4A，故需要选择Vc>150v,I>4A的二极管。

截止时承受电压150V，流过最大电流4A。

3.电感L：大小72μH，流过电流最大值4A。

4.电容C ：选择电容既要是输出的电压纹波<1%,也不能取得太大，否则电压

μ。

变化速度很慢，大小100F

5.电阻：因为输出的电压为15V，而输出的最大电流为2A，由欧姆定律R=U0(min)/I 电阻最小取R= 7.5Ω。

七、电路的调试波形

输入电压、电流V

A 输出电压、电流V

A

第一组41.6

0.64 15.3 1.52

第二组46.0

0.56 15.0 1.51

第三组51.1

0.50 15.0 1.51

第四组56.0

0.47 15.0 1.51

第五组61.1

0.44 15.0 1.51

第一组

输入电压波形DS波形

二极管波形输出电压波形

第二组

输入电压波形DS波形

二极管波形输出电压波形

第三组

输入电压波形DS波形

二极管波形输出电压波形

第四组

输入电压波形DS波形

二极管的波形输出电压波形

第五组

输入电压的波形DS波形

二极管波形输出电压波形

实验波形和理论波形有差距的原因分析：

理论波形是在三个理想假设情况下进行分析的，在假设中各个电气元件都是理想型的。在Buck电路中的电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器的设计原则是，使输出电压的直流分量可以通过，抑制输出电压的开关频率及其谐波分量通过。但是，构建一个能够让直流分量通过而且完全滤除开关频率及其谐波分量的完美的滤

波器是不可能的，所以，在输出中至少有一小部分是由于开关产生的高频谐波。

八、总结

通过本次课程设计不仅是我们回顾了所学过的理论知识，还熟悉各种功率变换电路，学习各变换主电路的构成和工作原理，锻炼我们分析、解决实际问题的能力。

此次我们小组的课题是buck电路的设计，加深了我对buck变换电路的理解，明白理论与实践还是有一定的区别，理解的原理在运用时并不能很熟练，所以在课设过程中出现了一些问题。当然，通过小组的讨论，向老师请教以及查阅资料终于是完成了此次设计。

此次课程设计让我学到了很多，拓展了上课所学习的知识，提高了我们的实践能力，使我们的学习生活更加充实丰富。

九、参考文献

[1] 叶斌.电力电子应用技术.北京：清华大学出版社，2006.

[2] 廖冬初，聂汉平．电力电子技术．湖北：华中科技大学出版，2007

[3] 王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2005．

[4] 何希才．新型开关电源设计与应用．北京：科学出版社，2001

[5] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社，1998.

[6] 王兆安，刘进军．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2005

Buck-Boost电路建模及分析

题目：Buck-Boost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分 析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式， 并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公 式；接着推导了状态空间模型，以在MATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输 出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表 达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制 波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一 致。 关键词：Buck-Boost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真

1.概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC-DC变换器。 作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1]，如图1-1所示。其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) Buck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) Buck-Boost型电路结构 图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构 本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究，以优化开关电源的性能和提高设计效率。

BUCK变换器设计

BUCK变换器设计报告 一、BUCK变换器原理 降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。 二、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器的设计方法 利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取

性能优良的模型进行电路搭建。 2、主电路的设计指标 输入电压：标称直流48V，范围43~53V 输出电压：直流24V，5A 输出电压纹波：100mV 电流纹波：0.25A 开关频率：250kHz 相位裕量：60° 幅值裕量：10dB 3、BUCK主电路 主电路的相关参数： 1=4×10-6s 开关周期：T S= s f 占空比：当输入电压为43V时，D max=0.55814 当输入电压为53V时，D min=0.45283

输出电压：V O =24V 输出电流I O =5A 纹波电流：Δi L =0.25A 纹波电压：ΔV L =100mV 电感量计算：由Δi L = 2L v -V o max -in DT S 得： L=L o max -in i 2v -V ΔD min T S=25 .022453?-×0.4528×4×10-6=1.05×10-4H 电容量计算：由ΔV L =C i L 8ΔT S 得： C=L L V 8i ΔΔT S =1 .0825.0?×4×10-6=1.25×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。 实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR 在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取R ESR =50m Ω。 4、主电路的开环传递函数 in ESR ESR V sC R R sL sC R R s d )1//() 1 //()(s V s G O vd +++==）（）（ ) (s )1(C 1)1(s G 2 vd C R R L R R L s V C sR ESR ESR in ESR +++++= ）（

分压电路设计经验

前些天有人问我如何实现精密的分压,他认为电阻分压不够精密.其实分压的目的就是为了符合AD转换的输入围,但其实有时候不但输入围超出AD量程,甚至会是一个负电压,这个时候需要将电压平移.反正今天双 休有空,我就说说自己的做法,疏漏之处敬请谅解 现今大多数的AD芯片都采用单电源+5V、+3.3V甚至更低的+1.8V供电，其差模输入围一般是±Vref(差分输入)、0~ +Vref,部分允许使用外部基准的芯片允许0~ VDD的输入围，但是无论如何无法对一个负的输入电压进行A to D的转换(也许有一些双电源的AD芯片可以，但我是个新手没仔细研究过)。如果要对一个过零的正负信号进行AD转换就必须进行电平的平移。理论上如图1所示的差分放大器就可以完成电平平移的效果，差分放大器的增益等于1，因此Vout = Vin + 5.000。 Vin = -5 ~ +5V,因此经过平移后Vout = 0 ~ 10V，再经过电阻R18、R19二分压到符合AD系统输入围的电压。 但是图1所示的电路并不理想。第一，放大电路的输入阻抗约等于R16 + R17 = 20K,低的输入阻抗要求信号源必须是低阻具有衡压输出特性的信号源，否则将造成很大的误差；第二，R8 R9 R16 R17的匹配程度将直接影响增益精度；第三，R18 R19的二分压也将带来2%的最大误差，如果并非二分压那么R18≠R19,由于消耗的功率不一样导致R18温度与R19不相等，温漂将使得分压误差加大；第四，任何接入的电路将等效

成一个负载，即使AD系统只吸收很低的电流，等效阻抗很大，也将进一步加大分压的误差。 对于第一个问题，可以在差分放大前加入一级电压跟随器作为缓冲，利用运放的高输入阻抗减少对信号源的影响，并且运放的低输出阻抗衡压输出的特性可以很好的满足差分放大级的“特殊”要求。对于第二和第三个问题，使用0.1%低温漂的精密电阻器可以大为改善。对于第四个问题，再运放负载能力允许的情况下使用阻值更小的电阻器可以将影响降低，但是应当注意的是-----使用阻值更小的电阻器将会使消耗功率增加，而消耗功率的增加又使得温度上升，温漂问题加重。经过改进的电路如图2所示： 当然，你还可以使用单片集成差分放大器去替换后端的用精密运放和精密电阻器构建的差分放大电路，例如单位增益的AMP03。其高共模抑制比(CMRR)：100 dB(典型值) 、低非线性度：0.001%(最大值) 、低失真：0.001%(典型值) 、总增益误差0.0080% 的性能是绝对优胜于分立器件构建的差分放大电路的。然而成本是否增加很多我就不知道了，我不是采购不知道价格，哈哈。

Buck-Boost变换器的设计与仿真

1 概述 直流-直流变流电路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，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。

V E U L C U O V i 1 i 2i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L 2 主电路拓扑和控制方式 2.1 Buck/Boost 主电路的构成 Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。 图2-1 Buck/Boost 主电路结构图 电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。 （a ）V 导通 （b ）V 关断，VD 续流 图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路

buck变换电路设计

南京工程学院 自动化学院 电力电子技术课程设计报告 题目： Buck变换电路的设计 专业：自动化 班级：自动化 124 学号： 8 姓名：陈猛 指导教师：赵涛 起迄日期：—— 设计地点：工程中心4-207

目录 1 引言 2 设计任务及要求 设计任务 设计内容 3 设计方案选择及论证 控制芯片的选择 驱动芯片的选择 4 总体电路设计 5 功能电路设计 主电路的设计 驱动电路的设计 控制电路的设计 辅助电源的设计 6 电路仿真与调试 7 设计总结 8 参考文献 BUCK变换电路设计 1 引言 本次电力电子装置设计与制作，利用Buck降压斩波电路，使用

TL494作为控制芯片输出脉冲信号从而控制MOS管的开通与关断。为了将MOS管G极和S极隔离，本设计采用了集成的驱动芯片。另外本设计还加入了反馈环节，利用芯片自身的基准电压与反馈信号进行比较来调节输出脉冲的占空比，进而调整主电路的输出电压维持在一个稳定的电压状态。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路。 2 设计任务及要求 设计任务： 设计一降压斩波电路，采用BUCK电路。输入直流电源：DC18~30V，输出电压为输入电压50%~100%可调：输出额定电流2A，电流峰峰值不大于，输出电压纹波不大与5%。 设计内容： 1）主电路的设计，器件的选型，电感和输出电容的选择； 2）驱动电路、检测电路和保护电路设计； 3）辅助电源设计，要求提供 DC15V 驱动电源和 5V 控制电源； 4）控制电路的设计，不同频率、不同脉宽 PWM 波的实现。 5）制作驱动和主电路； 6）利用提供的控制信号，完成 BUCK 电路的驱动和主电路和调试。 3 设计方案选择及论证 控制芯片的选择 方案一：采用SG3525芯片。它是一款专用的PWM控制集成电路芯片，它采

硬件电路设计过程经验分享 (1)

献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝，离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候，与你一样，俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性，EMI，PS设计准会把你搞晕。别急，一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计，那么恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分，原理图，pcb，物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。

pcb涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel，也就是altimuml容易上手，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具，硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos，是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的，用惯了protel，突然转向cadence的工具，会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤)： 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2)有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要

BuckBoost电路建模及分析

题目：BuckdBoost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而BucMoost电路作为DCTC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck^oost电路进行了稳态分析和小信号分析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式，并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式；接着推导了状态空间模型，以在M ATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。 关键词：BuckHBoost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真

1 ?概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC4)C变换器。 作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DCTC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压THE (BuckdBoos 泌］,如图1-1所示。其中BucMoost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) B uck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) B uckHB oost型电路结构 图1-1 DCTC变换器的三种电路结构

BUCK变换器设计毕业设计

课程名称：电力电子技术 题目：BUCK变换器设计

9

目录 第一章概述 (5) 1.1 本课题在国内外的发展现状与趋势 (5) 第二章Buck变换器设计总思路 (6) 2.1 电路的总设计思路 (6) 2.2 电路设计总框图 (6) 2.3 总电路图 (7) 第三章BUCK主电路设计 (8) 3.1 Buck变换器主电路基本工作原理 (8) 3.2 主电路保护（过电压保护） (9) 3.3 Buck变换器工作模态分析 (10) 3.4 Buck变换器元件参数 (12) 3.4.1 占空比D (12) 3.4.2 滤波电容C f (13) 3.5 Buck变换器仿真电路及结果 (14) 第四章控制和驱动电路模块 (15) 4.1 SG3525A脉宽调制器控制电路 (15) 4.1.1．SG3525简介 (15) 4.1.2．SG3525内部结构和工作特性 (15) 4.2 SG3525构成的控制电路单元电路图 (18) 4.3 驱动电路设计 (18) 第五章课程设计总结 (19)

第六章附录 (20) 第七章参考文献 (21) 第一章概述 1.1 本课题在国内外的发展现状与趋势 从八十年代末起，工程师们为了缩小DC/DC变换器的体积，提高功率密度，首先从大幅度提高开关电源的工作频率做起，但这种努力结果是大幅度缩小了体积，却降低了效率。发热增多，体积缩小，难过高温关。因为当时MOSFET的开关速度还不够快，大幅提高频率使MOSFET的开关损耗驱动损耗大幅度增加。工程师们开始研究各种避开开关损耗的软开关技术。虽然技术模式百花齐放，然而从工程实用角度仅有两项是开发成功且一直延续到现在。一项是VICOR公司的有源箝位ZVS软开关技术；另一项就是九十年代初诞生的全桥移相ZVS软开关技术。 有源箝位技术历经三代，且都申报了专利。第一代系美国VICOR公司的有源箝位ZVS技术，其专利已经于2002年2月到期。VICOR公司利用该技术，配合磁元件，将DC/DC的工作频率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其转换效率却始终没有超过90%，主要原因在于MOSFET的损耗不仅有开关损耗，还有导通损耗和驱动损耗。特别是驱动损耗随工作频率的上升也大幅度增加，而且因1MHZ频率之下不易采用同步整流技术，其效率是无法再提高的。因此，其转换效率始终没有突破90%大关。 为了降低第一代有源箝位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源箝位技术专利。它采用P沟MOSFET在变压器二次侧用于 forward电路拓朴的有源箝位。这使产品成本减低很多。但这种方法形成的MOSFET的零电压开关（ZVS）边界条件较窄，在全工作条件范围内

二十年经验浓缩：PCB布线设计经验谈附原理图

二十年经验浓缩：PCB布线设计经验谈附原理图 在当今激烈竞争的电池供电市场中，由于成本指标限制，设计人员常常使用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势，成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略，采用双面板。在本文中，我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用，有无地平面时电流回路的设计策略，以及对双面板元件布局的建议。 自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项 设计PCB时，往往很想使用自动布线。通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比较低，电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是，在设计模拟、混合信号或高速电路板时，如果采用布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能带来严重的电路性能问题。 例如，图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示，这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时，经仔细考虑，将器件手工放在板上，以便将数字和模拟器件分开放置。采用这种布线方案时，有几个方面需要注意，但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线，则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地，顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时，首先发现的弊端是存在多个地环路。另外，还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是，模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧，这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。 图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时，为确保正确实现电路，需要遵循一些通用的设计准则：尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字地平面分开；如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。 这两种双面板都在底层布有地平面，这种做法是为了方便工程师解决问题，使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是，更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层，以降低电磁干扰。

一位工程师8层板设计经验

一位工程师8层板设计经验 A.创建网络表 1.网络表是原理图与PCB的接口文件，PCB设计人员应根据所用的原理图和PCB设计工具的特性，选用正确的网络表格式，创建符合要求的网络表。 2.创建网络表的过程中，应根据原理图设计工具的特性，积极协助原理图设计者排除错误。保证网络表的正确性和完整性。 3.确定器件的封装（PCB FOOTPRINT）． 4.创建PCB板 根据单板结构图或对应的标准板框,创建PCB设计文件； 注意正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则： A.单板左边和下边的延长线交汇点。 B.单板左下角的第一个焊盘。 板框四周倒圆角，倒角半径3.5mm。特殊情况参考结构设计要求。 B.布局 1.根据结构图设置板框尺寸，按结构要素布置安装孔、接插件等需要定位的器件，并给这些器件赋予不可移动属性(锁定)。按

工艺设计规范的要求进行尺寸标注。 2.根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的禁止布线区、禁止布局区域。根据某些元件的特殊要求，设置禁止布线区。 3.综合考虑PCB性能和加工的效率选择加工流程。 加工工艺的优选顺序为：元件面单面贴装——元件面贴、插混装（元件面插装焊接面贴装一次波峰成型）——双面贴装——元件面贴插混装、焊接面贴装。 4.布局操作的基本原则 A.遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优先布局． B.布局中应参考原理框图，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件． C.布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短，关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流，低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开；高频信号与低频信号分开；高频元器件的间隔要充分． D.相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局； E.按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准优化布局； F.器件布局栅格的设置，一般IC器件布局时，栅格应为5--20mil,小型表面安装器件，如表面贴装元件布局时，栅格设置应不少于5mil。

分压电路设计经验

前些天有人问我如何实现精密的分压，他认为电阻分压不够精密.其实分压的目的就是为了符合AD转换的输入范围，但其实有时候不但输入范围超出AD量程,甚至会是一个负电压，这个时候需要将电压平移?反正今天双休有空,我就说说自己的做法,疏漏之处敬请谅解 现今大多数的AD芯片都采用单电源+5V、+3.3V甚至更低的+1.8V供电，其差模输入范围一般是土Vref（差分输入）、0?+Vref,部分允许使用外部基准的芯片允许0?VDD的输入范围，但是无论如何无法对一个负的输 入电压进行A to D的转换（也许有一些双电源的AD芯片可以，但我是个新手没仔细研究过）。如果要对一个过零的正负信号进行AD转换就必须进行电平的平移。理论上如图1所示的差分放大器就可以完成电平平移 的效果，差分放大器的增益等于1，因此Vout = Vin + 5.000。Vin = -5?+5V，因此经过平移后Vout = 0?10V， 再经过电阻R18、R19二分压到符合AD系统输入范围的电压。 但是图1所示的电路并不理想。第一，放大电路的输入阻抗约等于R16 + R17 = 20K,低的输入阻抗要求信 号源必须是低内阻具有衡压输出特性的信号源，否则将造成很大的误差；第二，R8 R9 R16 R17的匹配程度 将直接影响增益精度；第三，R18 R19的二分压也将带来2%的最大误差，如果并非二分压那么R18工R19,由于消耗的功率不一样导致R18温度与R19不相等，温漂将使得分压误差加大；第四，任何接入的电路将等效成一个

负载，即使AD系统只吸收很低的电流，等效阻抗很大，也将进一步加大分压的误差。 对于第一个问题，可以在差分放大前加入一级电压跟随器作为缓冲，利用运放的高输入阻抗减少对信号源 的影响，并且运放的低输出阻抗衡压输出的特性可以很好的满足差分放大级的“特殊”要求。对于第二和第三个问题，使用0.1%低温漂的精密电阻器可以大为改善。对于第四个问题，再运放负载能力允许的情况下使用阻值更小的电阻器可以将影响降低，但是应当注意的是-----使用阻值更小的电阻器将会使消耗功率增加，而消耗功率的增加又使得温度上升，温漂问题加重。经过改进的电路如图2所示： 当然，你还可以使用单片集成差分放大器去替换后端的用精密运放和精密电阻器构建的差分放大电路，例如单位增益的AMP03。其高共模抑制比（CMRR）: 100 dB（典型值）、低非线性度：0.001%（最大值）、低失真：0.001%（典型值）、总增益误差0.0080% 的性能是绝对优胜于分立器件构建的差分放大电路的。然而成本是否增加很多我就不知道了，我不是采购不知道价格，哈哈。

Buck-boost变换器建模及仿真

Buck-boost 变换器建模及仿真 1、Buck-boost 变换器平均开关模型 利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为 ，二极管的前向导通压降为0.8v 。 g V )(t v 图1 Buck-boost 变换器电路 图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有 、 、 和 四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入 变量表示出来。在此，我们选择 和 作为输入变量。接下来我们要求出 这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。 ) (1t v s dT s T (1i s dT s )(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v

图2 开关网络电压电流的曲线图 根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值： （1） （2） （3） （4） 由式（3）与（4）得 （5） 将公式（1）与（5）代入（3）中得 （6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子： （7） 由（1）与（2）得 （8） ])([) () (')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12 (2v D (2t i s s s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=><-><-=><-=><+><)()()(121)2111)()()((')()(D T T on T T V t v t v t d R t i t v s s s s +><+><+>=<><

(最新整理)BUCK电路方案设计

(完整)BUCK电路方案设计 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)BUCK电路方案设计）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)BUCK电路方案设计的全部内容。

项目2 项目名称基于PWM控制 Buck变换器设计 一、目的 1．熟悉Buck变换电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。 2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理， 3．探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。 二、内容 设计基于PWM控制的Buck变换器，指标参数如下： ?输入电压：9V～12V； ?输出电压:5V，纹波<1%； ?输出功率：10W ?开关频率：40kHz ?具有过流、短路保护和过压保护功能,并设计报警电路。 ?具有软启动功能。 ?进行Buck变换电路的设计、仿真（选择项)与电路调试。 三、实验仪器设备 1. 示波器 2。稳压电源 3。电烙铁 4. PC817隔离 5. 计算机 6。 PWM控制芯片SG3525 7。 IRF540_MOSFET 8。 MUR1560快恢复整流二极管 9。 74HC74N_D触发器 10。 LM358放大器 11。万用表 12. 电容、电感、电阻

四、研究内容 （一）方案设计 基于PWM控制的Buck变换器主要由五部分构成，功率主电路、PWM发生电路、MOSFET 驱动电路、隔离电路和保护电路组成。Buck变换器的基本控制思路框图如图1。1所示，总体电路图如图1.2所示。 图1.1 Buck变换器控制框图 图1.2 总体电路图 1、功率主电路

Buck变换器实现及调速系统设计与实践

《运动控制系统》 课程设计报告 设计题目：Buck变换器实现及调速系统设计与实践班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：

目录 摘要 第一章...........................................................概述 . (2) 第二章设计任务及要求 (3) 2.1 实验目的 (3) 2.2 实验内容 (3) 2.3 设计要求 (4) 2.4实验（设计）仪器设备和材料清单 (4) 2.5 课程设计基本要求 (4) 第三章BUCK变换器的工作原理和各种模型 (4) 3.1 Buck变换器介绍 (4) 3.2 Buck变换器电路拓扑 (5) 3.3 PWM控制的基本原理 (6) 第四章MATLAB仿真模型的建立 (7) 4.1 MATLAB仿真软件介绍 (7) 4.2 BUCK电路模型的搭建 (7) 4.3 Buck变换器在电机拖动控制系统中的设计与仿真 (10) 4.3.1直流电机的数学模型 (10) 4.3.1系统在开环情况下的仿真 (12) 4.3.1系统在闭环情况下的仿真 (12) 第五章总结与体会 (15) 参考文献 (15)

摘要：变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压从而改变电机的转速。即需要有一个可控直流源，常用的为直流斩波或者脉宽调制器，其通过电力电子开关控制及电容、电感的充放电及二极管的续流组成直流斩波电路（DC），实现输出电压可控，即升压（BOOST）、降压（BUCK）。本实验主要针对降压斩波电路（BUCK）进行实验分析。实验采用MATLAB作为仿真软件，利用PWM波驱动降压斩波电路为直流电动机提供驱动电压，并通过调节PWM波的占空比来调节电动机的启动电压使达到调节电动机转速的电路设计。 关键词：S-Function；PWM调制；Buck变换器；闭环控制；直流电动机 第一章概述 直流变换技术（亦称直流斩波技术，DC-DC），作为电力电子技术领域非常活跃的一个分支，在近几年里，得到了充分的发展。随着电动牵引技术的发展，特别是电子信息类产品的大量涌现，直流变换技术已经广泛应用于生产，生活的各个领域。由于其有良好的可操作性，被大量应用到电机的调速系统中，很好的解决了电动机调速的不可控性。 BUCK电路作为一种最基本的DC-DC变换电路，由于其简单、实用性在各种电源产品中均得到广泛的应用。其电路主要器件有电力电子开关（IGBT或MOSFET）、电感、电容、续流二极管。通过对开关的调节控制电压，其一般采用软开关控制方法，即采用脉宽调制技术（ＰＷＭ），通过改变占空比来调节输出电压的大小。其与直流调速系统组成的脉宽调制变换器—直流电机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即ＰＷＭ直流调速系统。存在：１）主电路简单、功率器件少；２）开关频率高、电流容易连续、谐波小；３）低速性能好、稳态精度高；４）低速性能好，稳态精度高，动态抗干扰能力强等优点。 使用MATLAB等仿真分析，再做实物研究，已经逐渐成为电力电子技术研究的主要方法。 本次课程设计使用MATLAB友好的工作平台和编辑环境进行模型编辑工作，运用它的s函数编辑一个简单的脉冲发生器，要求它的占空可调；运用数学处理功能来处理仿真时的实时数据，利用传递函数构造直流电机转速的数学模型，运用它广泛的模块集合工具箱里的Simulink进行电路模型搭建和系统仿真，控制电路的占空比从而控制输出电压的大小，进而调节电机的转速，同时采用负反馈的控制方式，调节转速在一个恒定值。

BuckBoost和Cuk电路仿真分析.docx

Buck_Boost和Cuk电路仿真分析 一、Buck_Boost电路仿真 仿真电路图如下图所示： 电路参数如下： Vs=5V，L=0.5mH，C=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V， 二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示： 仿真结果如下所示： 对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。 波形图如下所示，其中图1上半部分为I O，下半部分为V O，图二为I L，图三为I D，图4为V C。

图1 图2 图3图4

二、Cuk电路仿真 仿真电路图如下： 电路参数如下： Vs=5V，L1=L2=0.5mH，C1=C2=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V， 二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示： V OΔV OΔV C1I O I D（I L1）ΔI L1ΔI L2 -20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示： V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D（I L1）ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A 对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。 波形图如下图所示： 图1

基于BUCK变换电路的恒流源设计

一．设计要求 1.输入电压直流200V。 2.阻性负载，负载电阻在5~20Ω范围内变化。 3.输出电流恒定于5A。 4.纹波电流（纹波电压）低于1%。 5.控制电路可用数字电路（单片机为核心），也可用模拟电路（PWM 发生芯片为核心，如SG3525） 二、基于buck变换电路的稳压电源： 1.关于buck变换器 目前高频高效的buck变换器的应用越来越广泛。通常系统在满输出负载时，系统工作于ccm即连续电流模式。但是，当系统的输出负载从满载到轻载然后到空载变化的过程中，系统的工作模式也会发生相应的变化。对buck电路拓扑解释如下： ?T是全控元件(GTR,GTO,MOSFET,IGBT)，当时，T导通。 ?D：续流二极管。 ?L和C组成LPF。

（1） 其工作原理如下： 当 时，控制信号使得T 导通，D 截止，向L 充磁,向C 充电； 当 时，T 截止，D 续流，U0靠C 放电和L 中电流下降维持。 （2） 主要波形为： [0,]t DT ∈[,]t DT T ∈

（3） 假设及参数计算 T ，D 均为理想器件，L 较大，使得在一个周期内电流连续且无内阻，直流输出电压U0为恒定，整个电路无功耗，电路已达稳态。 当晶体管T 导通工作模式： （0≤t ≤t1=KT ） 二极管D 导通工作模式：（t1≤t ≤T ） 0L L d di u u u L dt =-=21011 d I I I U U L L t t -?-==01 ()d U U t I L -?=21 I I I ?=-021 I U L t t ?=-021() U t t I L -?=

史上最全的开关电源设计经验资料

三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dt dI L V =＝T I L ??，推出ΔI ＝V ×ΔT/L 2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间 t OFF 3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。 那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF 4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD →t OFF ＝（1－D ）/f 电流纹波率r P51 52 r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值 ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53 电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面： A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。 B,保证负载电流下降时，工作在连续导通方式P24-26， 最大负载电流时r ’＝ΔI/ I LMAX ,当r ＝2时进入临界导通模式，此时r ＝ΔI/ I x ＝2→ 负载电流I x ＝（r ’ /2）I LMAX 时，进入临界导通模式,例如：最大负载电流3A ，r ’＝0.4，则负载电流为（0.4/2）×3＝0.6A 时，进入临界导通模式 避免进入临界导通模式的方法有1，减小负载电流2，减小电感（会减小ΔI ，则减小r ）3，增加输入电压 P63 电感的能量处理能力1/2×L ×I 2 电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ，避免磁饱和。 确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O 最终确认L 的值 基本磁学原理：P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场：也称磁场强度，场强，磁化力，叠加场等。单位A/m B 场：磁通密度或磁感应。单位是特斯拉（T ）或韦伯每平方米Wb/m 2 恒定电流I 的导线，每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB ＝k ×I ×dl ×a R /R 2 dB 为磁通密度，dl 为电流方向的导线线元，a R 为由dl 指向点p 的单位矢量，距离矢量为R ，R 为从电流元dl 到点p 的距离，k 为比例常数。 在SI 单位制中k ＝μ0/4π，μ0=4π×10-7 H/m 为真空的磁导率。 则代入k 后，dB ＝μ0×I ×dl ×R/4πR 3 对其积分可得B ＝ 3 40R C R Idl ?? π μ

BUCK变换器设计

B U C K变换器设计报告 一、BUCK变换器原理 降压变换器（Buck Converter）就是将直流输入电压变换成相对低的平均直流输出电压。它的特点是输出电压比输入的电压低，但输出电流比输入电流高。它主要用于直流稳压电源。 二、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器的设计方法 利用MATLAB和PSPICE对设计电路进行设计，根据设计指标选取合适的主电路及主电路元件参数，建立仿真模型，并进行变换器开环性能的仿真，再选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计，比较开环闭环仿真模型的超调量、调节时间等，选取性能优良的模型进行电路搭建。 2、主电路的设计指标 输入电压：标称直流48V，范围43~53V 输出电压：直流24V，5A 输出电压纹波：100mV 电流纹波： 开关频率：250kHz 相位裕量：60°

幅值裕量：10dB 3、BUCK主电路 主电路的相关参数： 开关周期：T S= s f 1=4×10-6s 占空比：当输入电压为43V时，D max= 当输入电压为53V时，D min=输出电压：V O=24V 输出电流I O=5A 纹波电流：Δi L= 纹波电压：ΔV L=100mV 电感量计算：由Δi L= 2L v- V o max - in DT S得： L= L o max - in i 2v- V ΔD min T S= 25 .0 2 24 53 ? -××4×10-6=×10-4H

电容量计算：由ΔV L =C i L 8ΔT S 得： C=L L V 8i ΔΔT S =1 .0825.0 ×4×10-6=×10-6F 而实际中，考虑到能量存储以及输入和负载变化的影响，C 的取值一般要大于该计算值，故取值为120μF 。 实际中，电解电容一般都具有等效串联电阻，因此在选择的过程中要注意此电阻的大小对系统性能的影响。通常钽电容的ESR 在100毫欧姆以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR 甚至高达数欧。ESR 的高低与电容的容量、电压、频率和温度等多因素有关，一般对于等效串联电阻过大的电容，我们可以采用电容并联的方法减小此串联电阻。此处取R ESR =50m Ω。 4、主电路的开环传递函数 取R ESR =50m Ω，R=Ω，C=120μF ，L=105μH ，V in =48V ， 可得传递函数为： 在MATLAB 中根据开环传递函数画出Bode 图： >> clear >> num0=[,48]; >> den1=[,,1]; >> bode(num0,den1) >> [kg,gm,wkg,wgm]=margin(num0,den1)