电力电子技术课程设计

题目 buck变换器设计。

学院计算机与信息科学学院。

专业自动化。

年级2009级。

学号 222009321042052

姓名吴家明。

同组人赵磊。

指导教师何强黄巧莉。

成绩。2024年 7 月 24日。

buck变换器设计。

直流电机是人们最先发明、认识和利用的电机，它具有调速范围广，且易于平滑调节，过载、起动、制动转矩大，易于控制，且控制装置的可靠性高，调速时的能量损耗小等优点，在高精度的位置随动系统中，直流电机占据着主导地位。

改变电枢电源电压调速，当电枢电源电压改变为时，理想空载转速，从而导致转速的变化，由于只有变化而未变，故电动机的机械特性硬度不变，因此，即使电动机在低速运行时，转速随负载变动而变化的幅度小，即转速稳定性好，具有调速平滑性好，即可实现无级调速，且附加能量消耗较小，调速效率高。但由于最高电枢电压受额定电压限制，一般只能实现从基速往下进行调节。因此，这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛应用。

直流电机是将直流电能转换为机械能的旋转机械。它由定子、转子和换向器三个部分组成，如图：

定子（即主磁极）被固定在风扇支架上，是电机的非旋转部分。转子中有两组以上的线圈，由漆包线绕制而成，称之为绕组。当绕组中有电流通过时产生磁场，该磁场与定子的磁场产生力的作用。

由于定子是固定不动的，因此转子在力的作用下转动。换向器是直流电动机的一种特殊装置，由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路联接。

当转子转过一定角度后，换向器将供电电压接入另一对绕组，并在该绕组中继续产生磁场。可见，由于换向器的存在，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢得以旋转。

转子利用轴承与外壳之间实现动配合。风扇的扇叶固定在转子上，因此，当转子旋转时，扇叶将与转子一起转动起来。普通风扇一般采用滚珠轴承，而高档风扇为了提高运转的稳定性和增加使用寿命，通常采用更为先进的液态轴承。

直流电机的工作原理是这样的：导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。

如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

脉冲宽度调制(pwm)，是英文“pulse width modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

pwm控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为pwm控制技术发展的主要方向之一。

随着电子技术的发展，出现了多种pwm技术，其中包括：相电压控制pwm、脉宽pwm法、随机pwm、spwm法、线电压控制pwm等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽pwm法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为pwm波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整pwm的周期、pwm的占空比而达到控制充电电流的目的。

模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9v电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9v，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。

模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在这一集合中取值。

模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。

与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。

尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。

模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。

通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和dsp已经在芯片上包含了pwm控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

直流斩波电路（dc chopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（dc/dc converter），直流斩波电路（dc chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路广泛地应用于直流牵引的变速拖动（使用直流电源时）。直流斩波电路的种类很多，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，zeta斩波电路，前两种是最基本电路。

直流降压斩波电路如下：

为了简化分析，我们就假定此电路工作在理想的条件下：即。

1）开关管t和二极管d从导通变为阻断，或从阻断变为导通的过度过程时间均为零；

2）开关器件的通态电阻为零，电压降为零。断态电阻为无限大，漏电流为零；

3）电路中的电感和电容均为无损耗的理想储能元件；

4）线路阻抗为零。电源输出到变换器的功率等于变换器的输出功率。

斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现犯电动势，如图所示：

t=0时刻驱动v导通，电源e箱负载供电，负载电压=e，负载电流按指数曲线上升；

t=t1时刻控制v关断，负载电流经二极管vd续流，负载电压u0近似为零，负载电流呈指数曲线下降，为了是负载电流连续且脉动下，通常使串接的电感l之较大。

t=0时刻驱动v导通电源e向负载供电，负载电压，负载电流按指数曲线上升；

t=t1时刻驱动v关断，负载电流经二极管vd续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降，为了使负载电流连续且脉动下通常使串接的电感l之较大。

首先，我们来介绍一下sg3525芯片，sg3525是电流控制型pwm控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

sg3525的图如下：

我们查询资料可得，sg3525的特点如下：

1）工作电压范围宽：8—35v。

2） 5.1（1 1.0%）v微调基准电源。

3）振荡器工作频率范围宽：100hz—400khz.

4）具有振荡器外部同步功能。

5）死区时间可调。

6）内置软启动电路。

7）具有输入欠电压锁定功能。

8）具有pwm锁存功能，禁止多脉冲。

9）逐个脉冲关断。

10）双路输出（灌电流/拉电流）：ma(峰值)。

sg3525的工作原理如下：

sg3525内置了5.1v精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。

sg3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在ct引脚和discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于sg3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。

sg3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的pwm比较器反向输入端处于低电平，pwm比较器输出高电平。此时，pwm锁存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。

只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，sg3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致pwm比较器输出为正的时间变长，pwm锁存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。

反之亦然。

外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，pwm锁存器将立即动作，禁止sg3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。

注意，shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响sg3525的正常工作。

欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在sg3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。

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