直流变换器课程设计样本

  当输入脉冲为高电平，即在 ton时段内，V 导通，此时二极管 VD 反偏 截止，如下图 4.3.1 所示。经过电感 L 的电流随时间不断增大，电源 U 向负载 R 提供功率，同时对电容 C 充电。在电感 L 上将产生极性为 左正右负的感应电动势，储存磁场能量。 假设储能电感 L 足够大，其时间常数远大于开关的周期，流过储能电 感的电流 IL可近似认为是线性的，并设开关 MOS 管 V 及续流二极管都 具有理想的开关特性，它们正向降压都能够忽略

  电力电子器件在实际应用中，一般是有控制电路，驱动电路，保护电路和以 电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。有信息电子电路组成的控制电路按 照系统的工作要求形成控制信号，经过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的 导通或者关断，来完成总系统的功能。因此，一个完整的降压斩波电路也应该 包括主电路，控制电路，驱动电路和保护电路致谢环节。 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， 设计出降压斩波电路的结构框图如下图所示。

  Buck 变换器电路可分为三个部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块 和驱动电路模块。 主电路模块， 由 MOSFET 的开通与关断的时间占空比来决定输出电压 u。的 大小。 控制电路模块，可用 SG3525 来控制 MOSFET 的开通与关断。 驱动电路模块，用来驱动 MOSFET。

  降压斩波电路的原理图以及工作波形如图 3.1 所示。该电路使用一个 全控型器件 V，图中为 MOSFET。为在 MOSFET 关断时给负载中电 感电流提供通道，设置了续流二极管 VD。斩波电路大多数都用在电子路 的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

  本次设计的电路要求输出电压为 12V，因此当输出电压设定时，一旦 出现过电压，为保护电路和期间，应马上将电路断开，及关断MOSFET 的脉冲，使电路停止工作。以为芯片 SG3525 的引脚 10 端为外部关断 信号输入端，因此能利用 SG3525 的这个特点进行过电压保护。当 引脚 10 端输入的电压等于或超过 8V 时，芯片将马上锁死，输出脉冲 将立即断开。因此能够从输出电压中进行电压取样，并将取样电压通 过比较器输入 10 端实现电压保护。，从而 过电压保护电路图如下所示：

  （4）绘制装置总体电路原理图，绘制： MOSFET 驱动电压、 BUCK 电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形 汇总绘制，注意对应关系）；

  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，输入与输 出不之间不隔离。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。Buck 电路作为一种最基本的 DC/ DC 拓 扑，结构最简单，输出电压小于输入电压，大范围的使用在各种电源产品 中。根据对输出电压平均值进行调制的方法不一样，斩波电路能分为 脉冲宽度调试、频率调制和混合型三种控制方式，Buck 电路的研究 对电子科技类产品的发展有着重要的意义。 MOSFET 特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要 的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，耐热性优于 GTR，但 其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 10kW 的电力电子 装置。 功率 MOSFET 的种类：按导电沟道可分为P 沟道和 N 沟道。按栅极 电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电 沟道，增强型；对于 N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时 才存在导电沟道，功率 MOSFET 主要是 N 沟道增强型。

  （1）设计主电路，建议主电路为：采用 BUCK 变换器，大电容 滤波，主功率管用 MOSFET； （2） 选择主电路所有图列元件，并给出清单；

  直流降压斩波电路使用一个全控型的电压驱动器件 MOSFET，用控 制电路和驱动电路来控制 MOSFET 的导通或关断。当 t=0 时 MOSFET 管被激励导通，电源 U 向负载供电，负载电压为 Uo=U,负 载电流 io 按指数曲线 时控制 MOSFET 关断负载电流经 二极管 VD 续流负载电压 Uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。 为了使负载电流连续且脉动小一般使串联的电感 L 较大。电路工作时 的波形图如图 4.2 所示。