基于Boost 型变换器的DC/DC 可调电源设计
摘要：文章构建了基于Boost 型变换器的DC/DC 变换器，系统以专用芯片UC3842 作为控制核心，辅以Atmega128 单片机稳定输出电压。利用UC3842 自身的电压电流环反馈，加上输出电压均值环设计成输出电压稳定可调的DC/DC 变换电路。本系统还采用了模拟PWM 技术、在线保护技术、人机交互技术。实际测试表明该系统各项指标均达到或超过设计要求。
随着电力电子技术的发展，电源装置大量出现在生产生活的各个领域，其电压电流的稳定性、电压调整率、负荷调整率、变换器的效率等因素将直接影响到用电及通信设备的正常运行，严重时还将影响到设备的安全性。因此，如何改善上述各项指标，成为电源装置设计时需要考虑的重要因素。本文介绍一种行之有效的开关稳压电源的系统设计方案。
1 方案论证
1. 1 DC-DC 变换器方案选取
隔离变压器输出工频电压有效值为18 ± 3 V，经桥式整流滤波后输出直流电压约为18 ～ 26 V。要求开关电源的输出电压范围在30 ～ 36 V 之间稳定可调，单端反激式和Boost 直接变换式都可以满足要求。但是，考虑到单端反激式开关电源结构中的脉冲变压器在短时间内难以制作调整好，并且其制作工艺和选材对系统的效率影响很大，因此本设计制作选用Boost电路作为功率变换器主电路，如图1 所示。
图1 功率变换器主电路
1. 2 控制方案选取
可用于Boost 变换器的控制方案较多，典型的有采用单片机直接控制或者用模拟控制电路控制等。
Boost 变换器是一个具有低阻尼的二阶系统，采用单片机的电压单环控制的结构由于系统的不稳定性和数字算法的延迟，使得控制环的低频增益不能太大，影响输出电压的控制精度；用运算放大器等构成模拟控制电路，可以采用电压电流双环控制结构，有效地克服变换器的低阻尼特性并使输出电压的控制精度提高，但包括PWM 调制器、脉冲放大驱动电路等在内的模拟控制电路结构复杂、可靠性不高。
鉴于单端反激式开关电源与Boost 变换器具有相同的工作原理，其专用集成控制芯片UC3842 可以移植到Boost 变换器的控制上来，所以本设计制作的控制部分采用集成控制芯片UC3842，以简化控制电路设计并提高系统的可靠性，UC3842 控制电路图如图2 所示。
图2 主电路及UC3842 控制电路图
以UC3842 为基础构成的电压电流双环控制的Boost 变换器当脉冲占空比大于0. 5 时，存在不稳定现象。为使系统稳定，要么降低控制环的低频增益，要么采取斜坡补偿的办法，前者使输出电压的控制精度降低，后者实现上要求比较严格。鉴于系统已设置单片机以满足监测显示功能的要求，可以利用单片机对Boost变换器控制系统进行校正，在系统稳定的前提下可以使输出电压的控制精度大幅提高，而技术实现上切实可行，方案如图3 所示。
图3 控制方案
1. 3 提高效率的方法及实现方案
影响系统效率的主要因素有： a. 功率变换器开关器件的开关损耗； b. 感性元件的铁损和铜损； c. 控制电路的损耗等。其中，开关器件的开关损耗是影响系统效率的最主要方面，因此，除主电路结构尽量简化外，选用开通、关断比较迅速、通态电阻小的功率MOS 管作为主开关器件，Boost 二极管也选用超快恢复二极管。感性元件主要是Boost 电感，选取铁损比较小的铁氧体为磁芯，尽量选用截面比较粗的漆包线以降低损耗。控制电路的工作电源采取两种方式来降低损耗：主控制芯片UC3842 直接用主电路的整流滤波电路供电，单片机和少量外围电路用自制的开关电源供电。
2 电路设计与参数计算
2. 1 主电路器件的选择和参数计算
2. 1. 1 电感量计算
主电路的主要参数为：整流滤波后的直流输入电压18 ～ 26 V，输出电压在30 ～ 36 V 范围内可调，最大输出电流2 A，开关频率取10 kHz，Boost 电路工作在电流连续工作模式（ CCM）。
忽略电路的损耗，根据Boost 电路输出电压表达式，可得PWM 占空比：
最大占空比Dmax发生在输入直流电压最低（ 18V）而输出直流电压最高（ 36 V）的时候，最小占空比Dmin发生在输入直流电压最高（ 26 V）而输出直流电压最低（ 30 V）的时候，根据式（ 1）计算Dmax为0. 5、Dmin为0. 13。
取电感器电流的变化量为半载时输入电流的30 %，即：
最坏的情况为占空比最小的时候，根据电流临界连续条件求得电感值为：
实际取值500 μH。
2. 1. 2 主开关管选取
主开关管承受的最大漏源电压为最大输出电压36 V，考虑到过载条件，开关管最大实际漏源电流为：
考虑到实际电压电流尖峰和冲击，电压电流耐量分别取2. 5 和2 倍裕量，即应选取耐压高于90 V，最大电流12 A。实际选用IRF3710 型MOS 管，最大漏源电压100 V，最大漏极电流57 A，通态电阻25 mΩ，最高开关频率超过1 MHz。
2. 1. 3 快恢复二极管选取
二极管选取依据是通态平均电流：
式中，η 为波形系数； IF（ AV）是实际通态平均电流。考虑到实际系统控制时占空比的变动性，依据最大峰值电流（ 5. 75 A）选取FR607。
2. 1. 4 输出滤波电容选取
设计输出电压的纹波小于200 mV，考虑到负载电流可能达到3 A，滤波电容Cf计算如下：
实际选用1 000 μF /50 V 的电解电容。
2. 2 控制电路设计与分析
Boost 变换器控制电路如图（ 2）所示，输出电压经取样电阻R1、R2反馈到UC3842 的电压误差放大器的反相输入端，与其内部基准电压Uref比较之后得到误差电压Ue，经过电压调节器，送入UC3842 的电流比较器，与主开关源极上的取样电阻Rs上取得的电流信号进行比较，产生PWM 输出。电压调节器为PI 调节器（在该芯片1 脚和2 脚之间并积分电容和比例电阻）。
2. 2. 1 开关频率的设计
开关频率由UC3842 第4 脚锯齿波发生器的定时电容、电阻确定其计算公式为：
根据UNITROD 公司关于UC3842 的特性图表，考虑到实际运行时脉宽占空比可能大于0. 5，选取Rt =16 kΩ，Ct = 9. 4 nF，对应的开关频率为11 kHz。
2. 2. 2 电压反馈取样电阻
最高输出电压为36 V，电压调节器的参考电压为2. 5 V，反馈网络按无稳态误差原则设计，即：
取R1 = 35 kΩ，计算得R2 = 8. 5 kΩ。
2. 2. 3 电压调节器设计
电压误差放大器为比例积分放大器，Kp = 10，Ki =1 /3000。
2. 2. 4 电流取样电阻Rs
系统能正常工作的必要条件是送入UC3842 的电流取样端（ 3 脚）的信号小于1 V，且能达到电压调节器送到电流比较器输入端信号的大小。设开关管的电流峰值时的信号大小为500 mV，则：
实际系统用3 个0. 33 Ω 电阻并联。
2. 3 保护电路设计与计算
由于主电路采用Boost 电路，单纯的封锁开关管的驱动信号并不能满足在线过流保护的要求。
为了实现系统自恢复，在Boost 输出和负载之间增加Buck 电路。Buck 电路的开关管由单片机直接控制，采用电流霍尔作为电流传感器，单片机通过AD （ MAX197）实时取样输出电流信号。当系统正常工作时，Buck 开关管直通；一旦出现过流故障，单片机检测到故障信号后，可以两种方式实行保护，一种是限流输出保护方式，另一种是封锁输出保护方式。在限流输出保护方式下，单片机发出PWM信号，控制Buck 开关管，降低输出电压，从而达到限制输出电流的目的，同时在液晶上显示故障。过流故障解除后，在输出封锁保护方式下，单片机发出Buck 开关管的封锁信号，切断输出电流。之后单片机每隔0. 5 s 发出封锁解除信号，若过流故障排除，单片机停止发出封锁信号，系统恢复到正常状态。
加入Buck 电路后系统成本有所增加，但Buck 电感和电容正好构成了二级输出滤波器，以进一步降低纹波。由于正常运行时，Buck 开关管处于直通状态，对效率影响甚微。
2. 4 人机接口设计
本系统中的人机接口包括键盘和液晶显示器。考虑到要求输出电压进行键盘设定和步进调整，需要大量按键（如0 ～ 9 数字键，+、－键，取消、确认
键等），PS2 键盘的小键盘区刚好满足此要求，又PS2 键盘通过PS2 协议与单片机进行串行通信，接口简单，易于实现，因此采用PS2 键盘作为系统输入设备。设计指标又要求能显示输出电压、电流的测量值等系统信息，为了更好地美化显示界面，采用控制器为RA8803 的240× 128 带国标字库液晶显示器。液晶显示器通过并行数据总线与单片机进行通信。
2. 5 辅助电源设计
另外制作了小型的开关电源电路，用作系统控制部分的工作电源。此小型开关电源的直流输入连接到主电路整流滤波输出之后，主电路接上交流输入电以后，开关电源开始工作，向控制电路提供工作电源。辅助电源设计为+ 5 V/100 mA、± 12 V/100 mA。
2. 6 效率分析及计算
2. 6. 1 控制电路功耗
经实际测试控制电路各个部分的功耗如表1 所示。
表1 控制电路主要器件正常工作时功耗
2. 6. 2 Boost 主开关管功耗
主开关管功耗由两部分构成：开关损耗和通态损耗。开关损耗估算为：
式中，UDS为开关管阻断电压的峰值； IDS为开关管电流的峰值； tr为开关管上升时间； trd为开通延迟时间； tf为开关管下降时间； tfd为关断延迟时间； fs为开关频率。
查阅IRF3710 手册相关数据和以上相关计算数据求得Pds = 0. 08 W。可见降低开关频率能明显降低开关损耗。
通态损耗为：
式中，ID为通态平均电流； Ron为通态电阻； D 为平均占空比。经粗略计算得出Pdon = 0. 09 W。
Boost 二极管的损耗由两部分构成：反向恢复损耗和通态损耗。反向恢复损耗估算为：
式中，UDR为二极管反向电压峰值电压的峰值； IDR为二极管反相恢复电流峰值； tr为反向恢复时间； fs为开关频率； UFD为正向导通压降； IF为正向导通平均电流。
计算出Pdd = 1. 14 W。
2. 6. 3 系统总效率
3 软件流程图
开关稳压电源系统软件流程如图4。
图4 软件流程图 4 系统测试
4. 1 测试仪器
系统测试所需测试仪器如下：
EE1410 合成函数信号发生器； TEK 1002B 数字存储示波器； TEK 2024 四通道隔离示波器； UT88B 4 12位数字万用表；直流稳压源； MS8215 3 12位数字万用表。
4. 2 测试方案及数据
4. 2. 1 输出电压Uo可调测试
输出电压可调测试方案：负载采用20 Ω 电阻值，用UT88B 数字万用表监测负载电压。通过键盘输入设定电压，具体数据记录在表2 设定电压栏。按确认键后读出数字万用表显示的电压，具体数据记录在表2 中实际电压栏。
表2 输出电压可调测试数据
4. 2. 2 电压调整率测试
电压调整率测试方案：负载为可调阻性负载，用UT88B 万用表分别监测隔离变压器输出电压（ U2）和负载电压（ Uo）。调自耦变压器，使U2分别为15 V 和21 V，同时调滑动变阻器，使负载电流维持在2 A，分别记录两次负载电压Uo1 = 36. 03 （ V），Uo2 = 36. 04 （ V）。根据题目所给出的相关公式可计算出电压调整率：
4. 2. 3 负载调整率测试
负载调整率测试方案：分别用UT88B 万用表监测隔离变压器输出电压
（ U2）、负载电压和负载电流，调滑动变阻器使输出电流分别为0 A 和2 A，调隔离变压器使U2维持在18 V，同时记录对应的负载电压Uo1 = 36． 03 （ V），Uo2 = 35． 93 （ V）。根据相关公式可计算出电压调整率：
4. 2. 4 DC-DC 变换器效率测试
DC-DC 变换器效率测试方案：调节自耦变压器使隔离变压器输出电压（ U2）为18 V，调整变换器使输出电压（ Uo）为36 V，调节负载使输出电流为2 A，用UT88B 万用表检测并记录此时DC-DC 变换器输入输出电压，输入输出电流：
计算出变换器效率：
4. 2. 5 输出纹波电压测试
输出纹波电压测试方案：调节自耦变压器、变换器输出电压、负载使U2
为18 V，Uo为36 V，输出电流为2A。使用TEK 1002B 数字存储示波器在AC 耦合、时基25 ms /div 测量输出电压纹波Uopp，其示波器输出纹波电压图如图5 所示。
图5 输出纹波电压图
4. 2. 6 过流保护动作电流测试
本系统可以有两种过流保护模式，模式一：限流保护；模式二：封锁保护。两种保护均可通过键盘设定保护电流的阈值，并自恢复。限流保护测试方案：
UT88B 监视负载电流，负载为滑动变阻器，分别设定保护电流为2 A、2. 5 A、3 A。调整滑动变阻器分别记录最大输出电流（即为保护电流）。然后减小电到阈值以下，测试值能否降低到保护电流以下。封锁保护测试方案： UT88B 监视负载电流，负载为滑动变阻器，分别设定保护电流为2 A、2. 5 A、3 A。调整滑动变阻器，使负载电流慢慢接近设定电流值。记录负载电流是否被封锁到0，测试结果见表3。
表3 过流保护模式测试结果
由表3 可知，最大输出电流为设定电流值，能自恢复。说明本系统过流保护作用明显，并可自恢复到正常状态。
5 结语
综合分析各项指标的测试结果，本系统各项指标均达到或超过设计指标。系统实际效率应略低于理论计算值，主要是因为计算中没有涉及boost 电感等损耗，进一步提高效率的措施是采用同步整流取代二极管整流等措施，本系统是一种较为理想的设计方案。
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，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： 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=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 .0 2 24 53 ? -×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 +++++=）（ in 0 2 V Q s s 11)(G 2 ωωω++ + = z vd s s ESR z CR 1 =ω
电力电子技术课程设计 班级 学号
目录 一．课程设计题目 (2) 二．课程设计容 (2) 三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形) 2四．电路的设计过程 (3) 五．各参数的计算 (3) 六．仿真模型的建立，仿真参数的设置 (3) 七．进行仿真实验，列举仿真结果 (4) 八．对仿真结果的分析 (6) 九．结论 (7) 十．课程设计参考书 (7)
一．课程设计题目 Boost 变换器研究 二．课程设计容 1． 主电路方案确定 2． 绘制电路原理图、分析理论波形 3． 器件额定参数的计算 4． 建立仿真模型并进行仿真实验 6． 电路性能分析 输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等 三．所设计电路的工作原理(包括电路原理图、理论波形) 分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感L 值很大，电容C 值也很大。当可控开关V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，充电电流基本恒定为I1,同时电容C 上的电压向负载R 供电。因C 值很大，基本保持输出电压u ?为恒值，记为U O 。设V 处于通态的时间为on t ,此阶段电感L 上积累的能量为on t EI 1。当V 处于断态时E 和L 共同向电容C 充电并向负载R 提供能量。设V 处于断态的时间为off t , 则在此期间电感L 释放的能量为 ()off t I E U 10-。当电路工作于稳态时， 一个周期T 中电感L 积蓄的能量与释放的能量相等，即 ()off on t I E U t EI 101-= 化简得 E t T t t t U off off off on = +=
模拟电子技术课程设计报告设计题目：直流稳压电源设计 专业电子信息科学与技术 班级电信092 学号 200916022230 学生姓名夏惜 指导教师王瑞 设计时间2010-2011学年上学期 教师评分 2010年月日
昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计 目录 1.概述 (2) 1.1直流稳压电源设计目的 (2) 1.2课程设计的组成部分 (2) 2.直流稳压电源设计的内容 (4) 2.1变压电路设计 (4) 2.2整流电路设计 (4) 2.3滤波电路设计 (8) 2.4稳压电路设计 (9) 2.5总电路设计 (10) 3.总结 (12) 3.1所遇到的问题，你是怎样解决这些问题的12 3.3体会收获及建议 (12) 3.4参考资料（书、论文、网络资料） (13) 4.教师评语 (13) 5.成绩 (13)
昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计 1.概述 电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。 直流稳压电源通常由变压器、整流电路、滤波电路、稳压控制电路所组成，具有体积小，重量轻，性能稳定可等优点，电压从零起连续可调，可串联或关联使用，直流输出纹波小，稳定度高，稳压稳流自动转换、限流式过短路保护和自动恢复功能，是大专院校、工业企业、科研单位及电子维修人员理想的直流稳压电源。适用于电子仪器设备、电器维修、实验室、电解电镀、测试、测量设备、工厂电器设备配套使用。几乎所有的电子设备都需要有稳压的电压供给，才能使其处于良好的工作状态。家用电器中的电视机、音响、电脑尤其是这样。电网电压时高时低，电子设备本身耗供电造成不稳定因家。解决这个不稳定因素的办法是在电子设备的前端进行稳压。 直流稳压电源广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等的直流供电。 1.1直流稳压电源设计目的 （1）、学习直流稳压电源的设计方法； （2）、研究直流稳压电源的设计方案； （3）、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。 1.2课程设计的组成部分 1.2.1 设计原理
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
模拟电路课程设计报告设计课题：直流稳压电源的设计班级：电子1101 学号： 姓名：刘广强 指导老师：董姣姣 完成日期：2012年6月19
目录 一、设计任务及要求 (3) 二、总体设计思路 (3) 1．直流稳压电源设计思路 (3) 2．直流稳压电源原理 (3) 3、滤波电路——电容滤波电路 (5) 4、稳压电路 (7) 5、设计的电路原理图 (8) 三、．设计方法简介 (8) 四、软件仿真结果及分析 (10) 五、课程设计报告总结 (12) 六、参考文献 (13)
一、设计任务及要求 1、设计一个连续可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输出直流电压：U0=9→12v； ②纹波电压：Up-p<5mV； ③稳压系数：S V≤5% （最大的波动不能超过5%） 2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 二、总体设计思路 1．直流稳压电源设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 （2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。 （3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。 （4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。 2．直流稳压电源原理 1、直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 直流稳压电源方框图
BUCK变换器设计报告 一、BUCK主电路参数计算及器件选择 1、BUCK变换器设计方法 利用计算机设计BUCK变换器，首先要选取合适的仿真软件。本文采用MATLAB和PSIM设计软件进行BUCK变换器的综合设计。在选取好设计软件之后，先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。如果开环仿真结果不能满足设计要求，再考虑选取合适的闭环控制器进行闭环控制系统的设计。 设计好闭环控制器后，对其进行闭环函数的仿真，选取超调小、调节时间快的闭环控制器搭建模型进行电路仿真。 2、主电路的设计 根据设计指标，采用BUCK电路作为主电路，使用MOSFET元件作为开关元件，这是因为MOSFET的开关速度快，工作频率高，可以满足250khz的开关频率，此外，MOSFET与其他开关器件最显著的不同，是MOSFET具有正温度系数，热稳定性好，可以并联使用，其他开关器件不具有此特性。
（1）BUCK电路的主电路的拓扑图： （2）主电路的基本参数计算: 开关周期：Ts=1/f s=4?10?6s =0.5 占空比(不考虑器件管压降)：D=v0 v in =0.5581 V in=43V时，Dmax=v0 v in =0.4528 V in=53V时，Dmin=v0 v in 输出电压：V o=24V； 输出电流：Io=0.25A; 额定负载：R=V o÷Io=4.8Ω 纹波电流：△I=0.25A； 纹波电压：△V=100mV 电感量理论值计算： 由： ， 得： ，电容量理论值计算： 由：，得 考虑到能量储存以及伏在变化的影响，要留有一定的裕度，故取C=120uF. 由于电解电容一般都具有等效串联电阻R esr,因此在选择的过程中需要注意此电阻的大小对系统性能的影响。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。取R esr=50mΩ。
《电力电子系统综合训练》任务书（第6组） 2014年秋季学期
摘要 BOOST 电路又称为升压斩波电路，它在各类电力电子电路中的应用十分广泛，它将低压直流电变为高压直流电，为负载提供了稳定的直流电压。升压斩波电路的PI 和PID调节器的性能对输出的电压影响很大。由于这种斩波电路工作于开关模式下，是一个强非线形系统。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOOST 电路的工作特性。 【关键词】：Boost电路；直流电压； matlab仿真；
目录 摘要 (1) 1概论 (1) 1.1电力电子器件 (1) 1.1.1电力电子器件概述 (1) 1.1.2 直流-直流变换器（DC/DC）的应用 (2) 1.2 MATLAB软件概述 (3) 1.2.1 MATLAB介绍 (3) 1.2.2 SIMULINK仿真基础 (5) 1.2.3 MATLAB的GUI程序设计 (7) 2升压式直流斩波电路 (9) 2.1电路的结构与工作原理 (9) 2.1.1电路结构 (9) 2.1.2 工作原理 (9) 2.1.3基本数量关系 (10) 2.2升压斩波电路的典型应用 (10) 3模型仿真 (14) 3.1建立升压斩波电路模型 (14) 3.2模型参数设置 (14) 总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
1概论 1.1电力电子器件 1.1.1电力电子器件概述 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。 20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管（Power-IGBT）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。 电力电子器件专指电力半导体器件，在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由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，通过驱动电路去控制主电路的中电力电子器件的导通与关断，来完成整个系统的功能。 电力电子器件因为处理的电功率较大，为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态，导通时阻抗很小，接近于短路，管压降接近于0，而电流由外电路决定，阻断时阻抗很大，接近于断路，电流几乎为0，而管子两端的电压由外电路参数决定，就想普通晶体管的饱和与截止一样。尽管工作在开关状态，但是电力电子器件自身功率损耗通常远大于信息电子器件，因而，为了保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计，而且在其工作时一般还需要安装散热器。这是因为电力电子器件在导通或者阻断状态下，并不是理想的短路或者断路。导通时器件上有一定的通态压降，阻断时器件上有微小的断态漏电流流过。尽管其数值都很小，但分别与数值较大的通态电流与断态电压相互作用，就形成了电力电子器件的通态损耗和断态损耗。 本文主要利用IGBT型开关器件对升压降压进行控制，电力IGBT是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点就是驱动简单，需要的驱动功率小，第二个显著特点就是开关速度快，工作评频率高，另外，电力IGBT的热稳定性优于GTR。
新疆大学 课程设计报告 所属院系：电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电子技术基础A 设计题目：直流稳压电源的设计 班级： 学生姓名： 学生学号： 指导老师: 常翠宁努尔.买买提 完成日期：2017. 7. 01
课程设计题目：直流稳压电源的设计 要求完成的内容： 1.输出直流电压1.5~10V可调； 2.输出电流I m=300mA； O 3.稳压系数Sr≤0.05； 4.具有过流保护功能。 指导教师评语： 该生通过查阅文献和资料和手册，能够综合运用电子技术课程中所学到的理知识，并能消 化和理解，把理论与实践进行结合起来。具有分析问题和解决问题的能力，较好地完成了设计任务。 评定成绩为： 指导教师签名：2017年 7 月01 日
直流稳压电源的设计 直流稳压电源的设计要求是设计中包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。通过四部分的组合将 220V 交流电压转变为设计要求直流电压。并且用仿真软件进行仿真分析。 一、方案设计 1.总体设计框架图 方案的总体思路如下：直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，其基本框图如下： 1.1电源变压器 是降压变压器，它将220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 1.2整流电路 此设计的整流部分主要采用桥式电路，即由四个二极管交叉而成。但使用二极管时应注意以下问题： (1) 最大整流电路流f I 指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。若使用时超过此值，有可能烧坏二极管。 U (2) 最高反向工作电压rm 指允许施加在二级管两端的最大方向电压，通常为击穿电压的一半。 (3) 反向电流r I 指二极未击穿时的反向电流值。其值会随温度的升高而急剧增加，其值越小，二极管的单向导电性越好。但是反向电流值会随温度的上升而显著增加。 (4) 最高工作频率f
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
设计课题:可调集成直流稳压电源专业班级: 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间:
一、设计任务与要求 1.设计一集成稳压电路要求: (1）输出电压可调:V + 3+ = V Uo9 ~ (２)最大输出电流：mA max= Io800 (３)输出电压变化量：mV ? ≤ Uo15 (4)稳压系数:003 Sv .0 ≤ 2.通过设计集成直流稳压电源，要求掌握： （1）选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源。 (2)掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法。 二、方案设计与论证 1.直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下： 其中， (１）电源变压器:是降压变压器,它的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ｕi。变压器的变比由变压器的副边按确定,变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n,式中n是变压器的效率。 (２)整流电路:利用单向导电元件,将50HZ的正弦交流电变换成脉动的直流电。
(3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分滤除。滤波电路滤除较大的波纹成分,输出波纹较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 (4)稳压电路:稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。 2.设计方案: 方案一: 采用78０5三端稳压器电源: 固定式三端稳压电源（78０5)是由输出脚Vo,输入脚Vi和接地脚GNＤ组成,它的稳压值为＋5V,它属于CＷ78xx系列的稳压器,输入端接电容可以进一步的滤波,输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响,此电路的稳定性也比较好，只
运动控制系统 课程设计 题目：Buck变换器实现及其调速系统设计与调试 院系： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：
摘要 (3) 第一章概述 (3) 第二章设计任务及要求 (4) 2.1实验目的 (4) 2.2实验内容 (4) 2.3设计要求 (4) 2.4课程设计基本要求 (5) 第三章BUCK变换器的工作原理和各种模型 (6) 3.1B UCK变换器介绍 (6) 3.2B UCK变换器电路拓扑 (6) 3.3PWM控制的基本原理 (7) 第四章MATLAB仿真模型的建立 (9) 4.1MATLA仿真软件介绍 (9) 4.2B UCK电路模型的搭建 (9) 4.3B UCK变换器在电机拖动控制系统中的设计与仿真 (12) 4.3.1直流电机的数学模型 (12) 4.3.2系统在开环情况下的仿真 (13) 4.3.3 系统在闭环情况下的仿真 (14) 第五章总结与体会 (18)
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。
由IGBT 组成的升压变换器的建模及应用仿真 摘要：根据电力电子技术的原理，升压式变换器的输出电压0U 高于输入电源电压i U ，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。在设计中，采用绝缘栅双极型晶体管IGBT 作为开关管，它既具有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，驱动电路简单，又具有通态电压低，耐压高，流通大电流等优点。 关键词：升压变换器 IGBT Matlab 建模 一、设计内容 1. 设计原理 图1 升压变换器电路图 图1是升压变换器的电路图，其中i U 为输入直流电源，S 为开关管（在本设计中使用IGBT 作为开关管），在外部脉冲信号的激励下工作于开关状态。 当开关管S 导通，输入电流流经电感L 和开关管S ，开关管两端的电压降为零，电感两端产生电压降，电感电流开始线性增长，电感开始储存能量，此时二级管VD 处于关断状态。 当开关管S 截止，由于电感电流的连续性，电感L 的线圈产生的磁场将改变线圈两端的极性，以保持电感电流不变，因此电感电压在这一时段出现负电压，此电压是由线圈的磁能转化而成的，它与电源i U 串联，以高于i U 的电压向电路的后级供电，使电路产生了升压作用。此时，电感向后级释放能量，电感电流不断减小，电感电流通过二极管VD 到达输出端后，一部分为输出提供能量，一部分为电容充电。
这是升压变换器的一个工作周期，此后变换器重复上述过程工作至稳态过程。 2. 输出电压与输入电压的关系 若开关管导通时间on t ，关断时间off t ,开关工作周期off on t t +=T 。定义占空比 为： ,升压比为： 。理论上电感储能与释放能量相等，所以当电感电流连续时，输出电压： 3. 参数设置 （1）电源电压设置为直流24V ； （2）储能电感设置为3.6E-4 H ； （3）RC 负载设置：R 为24Ω；C 为5.4E-5 F ； （4）脉冲信号发生器设置：Pulse type 、Time(t)、Amplitude 、Phase delay(secs)均采用默认设置，Period(secs)设置为25e-6，Pulse Width(﹪ of Period)设置为20。 （5）二极管，IGBT ，电压、电流测量量均采用默认值。 4. 仿真目的 （1）观察占空比变化对输出电压的影响。 更改脉冲发生器中的周期参数，在占空比为20％，40％，60％，80％时，观察波形，估计输出电压的值。 （2）观察开关频率变化对输出电压纹波的影响。 占空比恢复为40％，将脉冲发生器输出驱动信号的频率改为原来的一半（20KHz ）和二倍（80KHz ），观测并估计两种条件下电压纹波的大小。 （3）观察滤波参数变化对输出电压纹波的影响。 将脉冲发生器输出驱动信号的频率恢复为40KHz ，将滤波电容值改为原来的一半和二倍，观测并估计两种条件下电压纹波的大小。 （4）观察负载阻值变化对输出电压纹波的影响。 将滤波电容值恢复为5.4E-5 F ，将负载阻值改为原来的一半和二倍，观测两种条件下电压纹波的变化并估计其大小。 结合仿真结果说明开关频率、滤波参数以及负载大小的变化对输出电压纹波的影响，并用输出电压纹波的公式验证仿真结果。 T t D on =D M -=11i off U t T U =-=i U D 110
目录 摘要........................................................................ I 1 Buck/Boost变换器分析.. (1) 基本电路构成 (1) 基本工作原理 (1) 工作波形 (2) 2 Buck/Boost变换器基本关系 (3) 3 主要参数计算与选择 (5) 输入电压 (5) 负载电阻 (5) 占空比α (5) { 电感L (5) 输出滤波电容C计算 (6) 4 理论输入、输出电压表达式关系 (7) 5 仿真电路与仿真结果分析 (8) buck/boost仿真电路图 (8) 线性稳压电源仿真 (8) 稳压电源波形图 (9) 升压时输出电压与电流波形 (10) 降压时输出电压与电流波形 (11) 总结 (13) 参考文献 (14) )
摘要 随着世界的需求与电力电子的发展，高频开关电源凭借其低功耗等优点，得到了在计算机、通信和航天等领域的广泛应用。其中功率变换电路对组成开关电源起重要作用。功率变换电路是开关电源的核心部分，针对整流以后不同的直流电压功率变换电路有很多种拓扑结构，比如：Buck变换器拓扑、Boost变换器拓扑、Buck/Boost变换器拓扑、正激（反激）变换器拓扑......Buck/Boost变换器作为其中重要的一种，在开关电源的设计中当然也得到了很好的应用。本课程设计即是基于Simulink对Buck/Boost变换器进行设计与仿真，并且将仿真得到的输入输出电压关系式与理论推导进行比较，从而验证其可行性。 关键字：电力电子开关电源 Simulink Buck/Boost变换器
一、设计题目： 直流稳压电源 二、设计要求： 输出电压可以在3—10V连续调节，稳压电源可采用串联型稳压电路或三端稳压电路设计。
目录 一、设计题目-----------------------------1 二、设计要求-----------------------------1 三、原理与分析 --------------------------3 四、具体实现---------------------------8 五、各部分定性说明以及定量分析--------10 六、设计心得体会----------------------13 七、参考文献---------------------------15
三、原理与分析 1．直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由直流电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。各部分的作用： 图1 示意图 （1）电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。变压器副边与原边的功率比为 P2/ P1=η，式中η是变压器的效率。 （2）整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。图2：
各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 图3
（3）三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如图2，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为： Uo＝1.25（1＋R2/R1） 式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。图4 2．稳压电流的性能指标及测试方法 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质
电子科技大学中山学院新型电源设计实践报告 设计名称基于BUCK变换器的开关电源设计 学院机电学院 班级 14级电气A班 学号姓名 2014100500521 刘连红 指导教师余翼 机电工程学院 2017年 12月 27日
一、设计要求与内容 开关电源是20世纪60年代电源历史上的一次革命，它安装于各种家用电器、工业设备及军用电子装置中，同时作为赋能装置应用于各个领域。比如在电力系统中的应用、在通信领域中的应用、在蓄电池充电中的应用、在风能\太阳能发电中的应用。这次我们要求设计一个9-12V的情况下，通过一个开关电源得到一个稳定的5V/1A的直流输出。我们要求这个开关电源有整流的功能，同时通过反馈控制，有稳压，调压，降压的功能。从而得到稳定的一个直流输出。 二、人员分工与时间安排表 三总体方案设计与论证 3.1 设计思路和流程
1.经过题目选定，确定使用基于BUCK变换器的电源设计。 2.在方案选择过程中，因为考虑到是非隔离电源，使用集成PWM调制芯片简化电路设计。 3.在分析了UC3842，SG3525等芯片的功能与参数后，选择MC34063作为控制方案，该芯片本身也有较强的驱动能力，可直接外接滤波电路与反馈电路来进行电源设计。 4.通过外接场效应管的方式极大增强了驱动能力，该场效应管最大电流可到达17A以上，设计中仅利用不到1A，如果更换滤波电路中的元器件，输出功率可以得到数倍的提升。如果将采样电阻改为电位器，还可以灵活调节输出电压。 3.2 开关电源总电路框图 图3-1 开关电源总电路框图 四、开关电源原理图各部分说明及计算 4.1总原理图的介绍 开关电源是指调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态，上图为工作过程。 基准电压为固定值，由于输入波动或负载变化导致输出电压减小，采样电压将减小，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大。同理，当由于输入波动或负载变化导致输入电压增大时，脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。 4.2 各部分的说明与计算
可调的直流稳压电源电路设计 目录 一、设计目的 (2) 二、设计任务及要求 (2) 三、实验设备及元器件 (2) 四、设计步骤 (3) 1．电路图设计方法 (3) 2、设计的电路图 (3) 五、总体设计思路 (4) 1．直流稳压电源设计思路 (4) 2．直流稳压电源原理 (4) 1、直流稳压电源 (4) 2、整流电路 (5) 3、滤波电路——电容滤波电路 (6) 4、稳压电路 (8) 5、设计的电路原理图 (9) 3．设计方法简介 (9) 六、课程设计报告总结 (11)
一、设计目的 1、学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2、学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 3、培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 二、设计任务及要求 1、设计一个连续可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输入（AC）：U=220V，f=50HZ； ②输出直流电压：U0=9→12v； ③输出电流：I0<=1A； ④纹波电压：Up-p<30mV； 2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 三、实验设备及元器件 1、装有multisim电路仿真软件的PC 2、三端可调的稳压器LM317一片 3、电压表、滑动变阻器、二极管、变压器
四、设计步骤 1．电路图设计方法 （1）确定目标：设计整个系统是由那些模块组成，各个模块之间的信号传输，并画出直流稳压电源方框图。 （2）系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。 （3）参数选择：根据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。 （4）总电路图：连接各模块电路。 （5）将各模块电路连起来，整机调试，并测量该系统的各项指标。 （6）采用三端集成稳压器电路，用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器，输 出电压调整范围较宽，设计一电压补偿电路可实现输出电压从 0 V起连续可调，因要求电 路具有很强的带负载能力，需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。该电路所用器 件较少，成本低且组装方便、可靠性高。 2、设计的电路图 图1 可调的直流稳压电源
Buck变换器原理 Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。 1.线路组成 图1（a）所示为由单刀双掷开关S、电感元件L和电容C组成的Buck变换器电路图。图1(b)所示为由以占空比D工作的晶体管T r、二极管D1、电感L、电容C组成的Buck变换器电路图。电路完成把直流电压V s转换成直流电压V o的功能。 图１Buck变换器电路 2.工作原理 当开关S在位置a时，有图2 (a)所示的电流流过电感线圈L，电流线性增加，在负载R上流过电流I o，两端输出电压V o，极性上正下负。当i s>I o时，电容在充电状态。 这时二极管D1承受反向电压；经时间D1T s后（，t on为S在a位时间，T s是周期），当开关S在b位时，如图2（b）所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持其电流i L不变。负载R两端电压仍是上正下负。在i L0，开关打开时，i s=0，故i s是脉动的，但输出电流I o，在L、D1、C作用下却是连续的，平稳的。 图２Buck变换器电路工作过程
Boost变换器 Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。 1.线路组成 线路由开关S、电感L、电容C组成，如图1所示，完成把电压V s升压到V o的功能。 图１ 2.工作原理 当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流i L流过电感线圈L，电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。此时，电容C放电，R上流过电流I o，R两端为输出电压V o，极性上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接V s负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持i L不变。这样线圈L磁能转化成的电压V L与电源V s串联，以高于V o电压向电容C、负载R供电。高于V o时，电容有充电电流；等于V o时，充电电流为零；当V o有降压趋势时，电容向负载R放电，维持V o不变。 图２Boost变换器电路工作过程 由于V L+V s向负载R供电时，V o高于V s，故称它为升压变换器。工作中输入电流i s=i L是连续的。但流经二极管D1电流确实脉动的。由于有C的存在，负载R上仍有稳定、连续的负载电流I o。
电子科学与技术专业课程设计 目录 一、设计目的作用 (1) 二、设计要求 (1) 2.1 直流稳压电源的种类及选用 (1) 2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 (2) 2.3 串联型直流稳压电源的设计要求 (2) 三、设计的具体实现 (2) 3.1 系统概述 (2) 3.2 单元电路设计与分析 (4) 3.2.1 降压电路 (5) 3.2.2 整流电路 (5) 3.2.3 滤波电路 (7) 3.2.4 稳压电路 (9) 3.3 元件电路参数计算 (10) 3.4 改进方案 (11) 3.5 电路主要测试数据 (12) 四、总结 (12) 五、附录 (12)
六、参考文献 (14)
设计要求 2.1 直流稳压电源的种类及选用 直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源，它们又分别具有各种不同类型： （1）化学电源：平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。 （2）线性稳压电源：线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热,而且由于变压器工作在工频（50Hz)上,所以重量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品；缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。 （3）开关型直流稳压电源：电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相 对于线性电源来说纹波较大（一般≤1% V ) (P P o-，好的可做到十几mV P P- 或更小)。 它的功率可自几瓦－几千瓦均有产品。 2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 （1）稳定性好 当输入电压Usr（整流、滤波的输出电压）在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化应该很小一般要求。由输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，常用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小， 电源的稳定度越高。通常S约为10-2~10-4。 （2）输出电阻小 负载变化时（从空载到满载），输出电压Usc，应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又叫等效内阻）用rn表示，它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力，rn越小，则Ifz 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压