Buck型开关电源稳态分析(设计源文件万字报告讲解)支持资料、图片参考_相关定制_文章底部可以扫码目录1 引言 11.1 什么是开关电源 11.2 开关电源基本工作原理 12 EMI滤波 24.1 Buck型开关电源稳态分析 44.2临界电感LC 64.3纹波电压与最小滤波电容值 75.2 UC3825芯片外围电路设计 95.2.1 振荡频率的设计 95.2.2 尖峰电流消隐LEB电路 106.1 过电流保护 126.2 过、欠压保护 126.3 欠压锁定、软启动与故障处理 13本设计的体会 15参考文献 161 引言当今社会时代在进步人们的生活水平不断提高越来越离不开电力电子产品电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切当然任何电子设备都离不开可靠的电源进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化率先完成计算机的电源换代进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源更促进了开关电源技术的迅速发展。1.1 什么是开关电源电子电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。它可分为线性电源和开关电源两种。应用大功率半导体器件在一个电路中运行于“开关状态”按一定规律控制开关对电能进行处理变换而构成的电源被称为 “开关电源”。在实际应用中同时具备三个条件的电源可称之为开关电源这三个条件就是:开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是交流)。广义地说凡用半导体功率器件作为开关将一种电源形态转变成另一形态的主电路都叫做开关变换电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的则称开关电源。1.2 开关电源基本工作原理开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理即通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制PWM或者脉冲频率调制方式PFM控制IC和外部电路构成。开关电源有PWM调制、FWM调制和混合调制这里选用PWM调制。PWM型开关电源的换能电路是将输入的直流电压转换成脉冲电压再将脉冲电压转换成直流电压输出。图1-1 PWM型开关电源原理框图2 EMI滤波滤波的方法有很多此处采用在电源的输入端加入线路滤波器的方法图2-1 EMI滤波电路EMI滤波电路一方面滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外其对串模、共模干扰都起到抑制作用。因为额定电流为10A所以图2中的电感值选为0.2mH。3 AC/DC图3-1 AC/DC转换电路运用不可控整流电路将220V的交流电转换为直流电其等效直流电压约为198V然后输入到主电路中进行DC-DC变换。4 开关电源主电路DC-DC变换器有多种拓扑结构根据设计要求此处选用BUCK变换器。图4-1 Buck型开关电源主电路在一个开关周期中首先在控制电路作用下Q导通x点高电位二极管因受反向偏压而截止电流由电池流经Q、电感L到电容C和负载。电感电流持续上升电感储能在增加能量由电池传送到电感并存储在电感中第二阶段控制电路使Q截止切断电池和电感元件的连接于是电感产生感生电动势使电流维持原来的流向迫使x点电位降至比地电位还低一个二极管的正向导通压降二极管D导通为电感电流提供通路电流由电感L流向电容C和负载电感电流随时间下降能量由电感流向负载。经电感L、电容C滤波在负载RL上可得到脉动很小的直流电压Vo。4.1 Buck型开关电源稳态分析设功率管的开关频率为fs则开关工作周期为Ts1/fs一周期内功率管导通的时间为关断的时间为令占空比为d定义如下(1)当系统工作在稳态时占空比是恒定的用D表示。为简化分析作如下假定1、电路图中开关元件均为理想元件即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。电感工作在线性区且未饱和寄生电阻为零。电容的等效串联电阻也为零3、输出电压中的纹波分量与输出电压相比可以忽略。设电力MOSFET管的导通占空比为D1二极管的导通占空比为D2。如果新的周期在电感电流尚未降至零时开始则系统工作在CCM工作波形见图下此模式下有D1D21。aCCM模式 (b)DCM模式图4-2 Buck型开关电源的工作波形当电力MOSFET管导通时电感电流线性上升可以算得上升斜率m1为(2)设该段时间内电感电流上升的增量为,则(3)当MOS管截止时电感电流线性下降的斜率m2为(4)设在电力MOSFET管截止时段内电感电流线性下降的电流变化量为则(5)稳态时两电流变化量相等令式(3)、(5)右边相等可得(6)得出结论输出电压Vo随主开关管的占空比D1而变化。系统稳态时的电压增益为(7)