1. buck斩波电路课程设计
种类 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。 复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。编辑本段工作方式 斩波器的工作方式有两种: 一是脉宽调制方式,Ts(周期)不变,改变Ton(通用,Ton为开关每次接通的时间)。 二是频率调制方式,Ton不变,改变Ts(易产生干扰)。编辑本段具体电路分类 1、Buck电路:降压斩波器,其输出平均电压Uo小于输入电压Ui,输出电压与输入电压极性相同。 2、Boost电路:升压斩波器,其输出平均电压Uo大于输入电压Ui,输出电压与输入电压极性相同 3、Buck-Boost电路:降压或升压斩波器,其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui,输出电压与输入电压极性相反,电感传输。 4、Cuk电路:降压或升压斩波器,其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui,输出电压与输入电压极性相反,电容传输。编辑本段作用 用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。编辑本段现状 当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm^3,效率为(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为(200-300)kHz,功率密度已达到27W/cm^3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管),使电路整体效率提高到90%。
2. buckboost斩波电路特点
Cuk斩波电路是开关电源六种基本DC/DC变换拓扑之一。
Cuk斩波电路也称Cuk变换器。美国加州理工学院SlobodanCuk提出的对Buck/Boost改进的单管不隔离直流变换器,在输入输出段均有电感,可以显著减小输入和输出电流的脉动,输出电压的极性和输入电压相反,输出电压既可以低于也可以高于输入电压。Cuk变换器可看做是Boost变换器和Buck变换器串联而成,合并了开关管。
开关管Q为PWM控制方式。Cuk变换器有CCM和DCM两种工作方式,但不是指电感电流,而是指流过二极管的电流连续或断续。在一个开关周期中开关管Q的截止时间(1-Dy)Ts内,若二极管电流总是大于零,则为电流连续;若二极管电流在一段时间内为零,则为电流断续工作;若二极管电流在t=Ts时刚降为零,则为临界连续工作方式
3. buck斩波调压器设计
“三端稳压管”通常是以78xx为代表的集成线性稳压电路,其根本原理是“串联电路电阻分压规律”。由于是线性稳压电路,其效率是与压差成反比的,压差越高效率越低。在压差较大、电流也较大时,三端线性稳压芯片的发热会非常严重。
解决这个问题可以从两个角度考虑:
加强散热,比如安装散热片、加大散热片面积、使用风扇进行强制风冷等等。
减小发热,比如通过降低电源电压来降低压差,或者使用Buck斩波电路来代替线性稳压电路。
4. 直流斩波电路课程设计
所谓的斩波就是指在原有的直流信号基础上(示波器显示为一条水平直线),用一个电子开关按一定频率不断开关,这样的话,原有的直流波形就成了一个类似方波的东西,相当于原来的直线被斩成了很多段,所以叫斩波. 最简单的斩波就是在直流通路上,加一个电子开关,用三极管,场效应管都可以. 但是控制电子开关的信号,一般都要靠其他电路来提供,比如方波发生器,单片机等等.
5. buck斩波电路图
BUCK电路是一种降压斩波器,降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输出电压UD。
通常电感中的电流是否连续,取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
BUCK也是DC-DC基本拓扑,或者称为电路结构,是最基本的DC-DC电路之一,用直流到直流的降压变换。
BUCK和BOOST使用的元件大部分相同,但是元件的组成却不尽相同。
简单的BUCK电路输出的电压不稳定,会受到负载和外部的干扰,当加入PID控制器,实现闭环控制。
可通过采样环节得到PWM调制波,再与基准电压进行比较,通过PID控制器得到反馈信号,与三角波进行比较,得到调制后的开关波形,将其作为开关信号,从而实现BUCK电路闭环PID控制系统。
BUCK电路的参数计算
电感的参数
电感的选择要满足直到输出最小规定电流时,电感电流也保持连续。
在临界不连续工作状态时:
所以
传输文件进行 [薄膜开关] 打样越大,进入不连续状态时的电流就越小。
电容的参数
电容的选择必须满足输出纹波的要求。
电容纹波的产生:
1. 电容产生的纹波: 相对很小,可以忽略不计;
2. 电容等效电感产生的纹波:在300KHZ~500KHZ以下可以忽略不计;
3. 电容等效电阻产生的纹波:与esr和流过电容电流成正比。为了减小纹波,就要让esr尽量的小。
BUCK电路的结构
将快速通断的晶体管置于输入与输出之间,通过调节通断比例(占空比)来控制输出直流电压的平均值。该平均电压由可调宽度的方波脉冲构成,方波脉冲的平均值就是直流输出电压。
Q导通:
输入端电源通过开关管Q及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电。电感相当于一个恒流源,起传递能量作用。电容相当于恒压源,在电路里起到滤波的作用。
Q闭合:
电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路,对负载R继续供电,从而保证了负载端获得连续的电流。
从电路可以看出,电感L和电容C组成低通滤波器,此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过,而抑制us(t)的谐波分量通过;
电容上输出电压uo(t)就是us(t)的直流分量再附加微小纹波uripple(t)。
电路工作频率很高,一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t)很小,相对于电容上输出的直流电压Uo有:电容上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态工作时,输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成,宏观上可以看作是恒定直流,这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。
一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时,电容电压升高,导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加,使电容电压上升速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,此时电压维持不变;
反之,如果一个周期内放电电荷高于充电电荷,将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小,使电容电压下降速度减慢,这种过程的延续直至达到充放电平衡,最终维持电压不变。
这种过程是电容上电压调整的过渡过程,在电路稳态工作时,电路达到稳定平衡,电容上充放电也达到平衡,这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
开关S置于1位时,电感电流增加,电感储能;而当开关S置于2位时,电感电流减小,电感释能。假定电流增加量大于电流减小量,则一个开关周期内电感上磁链增量为:
ΔΨ=L(Δi)>0
此增量将产生一个平均感应电势:
u=ΔΨ/Τ>0
此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度,最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零;一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。
这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量(磁链平均增量)为零的现象称为:电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。
BUCK的应用电路
BUCK电路主要应用于低压大电流领域,其目的是为了解决续流管的导通损耗问题。采用一般的二极管续流,其导通电阻较大,应用在大电流场合时,损耗很大。用导通电阻非常小的MOS管代替二极管,可以解决损耗问题,但同时对驱动电路提出了更高的要求。此外,对Buck电路应用同步整流技术,用MOS管代替二极管后,电路从拓扑上整合了Buck和Boost两种变换器,为实现双向DC/DC变换提供了可能。在需要单向升降压且能量可以双向流动的场合,很有应用价值,如应用于混合动力电动汽车时,辅以三相可控全桥电路,可以实现蓄电池的充放电。
UC3842
UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。
该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。
其应用领域为:开关电源;工业电源;电压反馈电路设计;反激开关电源设计。
SG3525
SG3525 是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片,它简单可靠及使用方便灵活,输出驱动为推拉输出形式,增加了驱动能力;内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器,有过流保护功能,频率可调,同时能限制最大占空比。它的应用领域是:开关电源;直流变换器;逆变器设计;脉冲宽度调制。
TL431
TL431是可控精密稳压源。
它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf(2.5V)到36V范围内的任何值。
该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中用它代替稳压二极管,例如,数字电压表,运放电路,可调压电源,开关电源等。
应用领域:电平值转换;充电器;开关电源;适配器;DVD;电视机。
BUCK电路的使用注意
BUCK电路只有一个电感,没有变压器,输入与输出不能隔离。
这就存在一个危险,一旦功率开关损坏电路,输入电压将直接加到负载电路,因为占空比D《1,所以BUCK电路仅有一路输出,如果输出电压为5V,还需要3.3V时,则要加后续调节器,BUCK电路在多路输出时是这样应用的。
6. BUCK斩波电路
我是搞电路的,但对笔记本电脑这个行业不是非常了解,这里我按照电路设计上可能的原因来分析一下,如有不妥请指正。
手机一般使用单节锂电池供电,大部分锂电池单节电压都在3.6V左右,充电限制电压一般是4.2V,一般来说充电电路类似于线性降压电路或者buck斩波电路,总之大多数情况下充电电路都是降压的,那么比3.6V高一点、又非常容易获得的电压等级,就是5V了;而5V的电源最常见的,就是USB接口,所以最终,手机充电电压能被统一到5V;而USB接口本身是有全世界统一标准的,这样充电器基本上也就做到了互换。
电脑使用的是锂电池组来供电,也就是若干锂电池单体串并联组合成的电池,电池单体数量、电池内部连接形式不同,电池电压也就可能不相同,对充电电路来说,最合适的供电电压也就不相同。通常情况下,笔记本电脑电池电压都在10V以上,电源适配器的供电电压我见过最多的是在19V左右,这个电压等级上没有广泛使用的标准电源接口形式,所以各个厂家就根据实际电路的设计情况,自己搞电源适配器和相关接口了。通过内部DC/DC电路将不符合自己充电要求的电压转换为符合自己充电要求的电压并不困难,但在没有规定说一定要统一使用某一款电源适配器和相应接口的情况下,厂家为何要多此一举增加这个电路呢?
目前来看,USB 3.1是最有可能统一常用便携式设备充电接口的,USB 3.1将USB接口的最大供电能力由USB 3.0的5V 0.9A提升到20V 5A,最大输出功率能达到100W,对于大部分笔记本电脑来说是足够的(除了一些高端的游戏本,笔记本电脑电源适配器额定功率一般都不超过100W),USB 3.1新增的C型接口(就是所谓的USB Type C,目前最常用的那种长方形的USB接口属于Type A,打印机等设备上使用的那种正方形USB接口属于Type B,USB接口拥有全世界统一的标准规范,并不是哪个厂家心血来潮设计成那个样子),即使使用传统的A、B型USB接口,传输60W左右的功率也是可以的。
7. Buck电路波形
SW就是switch开关中点的波形,buck电路两个开关中点的波形一般芯片上喜欢把它标为SW脚,他一般是个方波