非隔离型降压转换器的设计案例
《单相非隔离型Buck-Boost逆变器》范文
《单相非隔离型Buck-Boost逆变器》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，逆变器作为电力转换与控制的核心设备，在各类电力系统中扮演着重要角色。
单相非隔离型Buck-Boost逆变器作为一种典型的电力转换装置，其具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在家庭用电、工业控制、新能源并网等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍单相非隔离型Buck-Boost逆变器的工作原理、设计方法、性能特点及优化策略。
二、单相非隔离型Buck-Boost逆变器的工作原理单相非隔离型Buck-Boost逆变器是一种直流到交流的电力转换装置，其工作原理基于电力电子开关的通断控制。
该逆变器主要由直流电源、Buck-Boost电路、滤波电路和负载等部分组成。
当电力电子开关处于通态时，直流电源向Buck-Boost电路输送能量；当电力电子开关处于断态时，通过电感的作用，使输出电压维持稳定，并完成电压的升降功能。
同时，滤波电路的作用是减少输出电压的纹波，保证输出的稳定性和可靠性。
三、单相非隔离型Buck-Boost逆变器的设计方法设计单相非隔离型Buck-Boost逆变器时，需要考虑的主要因素包括输入电压范围、输出电压范围、功率等级、效率等。
具体设计步骤如下：1. 确定系统总体结构，包括输入、输出及控制部分。
2. 根据输入和输出要求，选择合适的电力电子开关器件及驱动电路。
3. 设计Buck-Boost电路的参数，包括电感、电容等。
这些参数的选择需要根据实际工作要求进行合理匹配和优化。
4. 设计滤波电路，以减少输出电压的纹波。
滤波电路的设计需要考虑滤波效果和系统稳定性等因素。
5. 完成控制策略的设计，包括PWM波形的生成、控制算法的选择等。
控制策略的优劣直接影响到逆变器的性能和效率。
四、单相非隔离型Buck-Boost逆变器的性能特点单相非隔离型Buck-Boost逆变器具有以下性能特点：1. 结构简单，成本低廉。
由于采用非隔离结构，减少了系统的复杂性和成本。
用于智能电表的非隔离式ACDC降压转换器
用于智能电表的非隔离式AC/DC降压转换器一款不带变压器的宽电压、低成本、非隔离式AC/DC降压转换器——输出持续电流500mA（2.5~12W)【关键词摘要】非隔离无变压器AC/DC电源芯片XD308H BUCK电路220V转5V220V转12V220V转24V380V转5V380V转12V380V转24V【概述】非隔离AC-DC电源芯片降压电路，一般采用BUCK电路拓扑结构，常见于小家电控制板电源以及工业控制电源供电。
其典型电路规格包含5V/500mA、12V/500mA和24V/500mA等，满足六级能效要求。
可通过EFT、雷击、浪涌等可靠性测试，可通过3C、UL、CE等认证。
其特点是：电路简单、BOM成本低（外围元件数目极少：无需变压器、光耦）,电源体积小、无音频噪声、损耗小发热低。
1）220V转5V降压电路：输入12~380Vac，输出5V/500mA如图1所示的电路为一个典型的输出为5V/500mA的非隔离电源。
它通常应用于家用电器的(电饭煲、洗衣机及其它白色家电)。
此电路还适合于其它非隔离供电的应用，比如LED驱动、智能电表、加热器以及辅助电源和工业控制等。
电源系统带有各种保护，包括过热保护（OTP）、VCC欠压闭锁（UVLO）、过载保护（OLP）、短路保护（SCP）等。
电路特点：无噪音,发热低。
220V转5V降压电路输入级由保险电阻RF1、防雷压敏电阻RV1、整流桥堆D1、EMI滤波电容C4和C5以及滤波电感L2组成。
保险电阻RF1为阻燃可熔的绕线电阻，它同时具备多个功能：a)将桥堆D1的浪涌电流限制在安全的范围；b)差模噪声的衰减；c)在其它任何元件出现短路故障时，充当输入保险丝的功能(元件故障时必须安全开路，不应产生任何冒烟、冒火及过热发光现象)。
压敏电阻RV1用于防雷保护，提高系统可靠性。
功率处理级由宽电压高效率电源芯片XD308H、续流二极管D2、输出电感L1及输出电容C3构成。
1kW 非隔离降压型变换器设计PPT
• 输出电压： 40V DC
• 额定功率： 1kW
• 输出电压纹波： <1%
• 开关频率： 50kHz
• 保护功能：输出过压，输出欠压，
•
输出短路，输入过压,输入欠压
• 使用拓扑： Buck 变换拓扑。
输入滤波电 容
T
VS
C1
Lf D
VS=220±20V VO=40V P=1000W
• 4.89V<Vs<5.98V • 在对Vref取值时应参考上述数值
欠压比较器
R1
16.0k
R2
11.0k
Vref
4.88V
过压比较器 20k 20k 6.0V
输出短路保护
• 霍尔电流模块设计 • IN=1KW/40V=25A 取保护电流为27A • 采用电压输出型霍尔电流传感器，输出电压超过27A电流对应的输出电压时锁存输出低电平。
PR=0.5*Cs*VD^2*f=21.6W 取电阻额定功率为40W。 二极管选DSE160-06：60A,600V
过压、欠压保护采用自锁式保护电路
如图为过压保护电路基本原理图，当电路正
常工作时Vo小于设定值Vref，此时比较器输
出负电平，二极管不导通；当电路电压高于
设定值时，比较器输出高电平，此时二极管
经过小信号分析，理想Buck电路的输出u(s)对控制变量d(s)的传递函数Gud(s)为：
Ug Gud (s)
LCs 2 L s 1 R
其中，假定三角波的峰峰值采用5V，假定Vref=5V，则有如下推导：
开环传递函数为：GH(s)=Gc(s)Gm(s)Gud(s)H(s)
uref 5V
非隔离式AC-DC降压转换器的设计
一些转换器可主动避免在声频范围内进行开关操作，从而有效地获得最大导
通和断开时间。TPS6420x 系列起初是为电池供电型应用而设计，拥有
1.8V～6.5V 的输入电压范围，以及非常低的静态电流(最大为 35 μA)。
在启动期间，TPS64203 被齐纳二极管 D2 以及高压电阻 R2 和 R3 偏置。5V
非隔离式 AC/DC 降压转换器的设计
到目前为止，通过一个 AC 电源提供低功耗 DC 电源的唯一实用方法 仍然是在整流器后面使用一个效率极低、未经调节的电阻/电容分压器，或者 一个难以设计的反向 DC/DC 转换器。 图 1 显示了完整的转换器。整流器电路使用一个标准、快速开关整 流器二极管桥接 (D1)和一个 LC 滤波器(L1 和 C2)，我们将对其余组件进行 更加详细的介绍。 图 1 AC/DC 降压转换器电路
电压上升以后，肖特基二极管 D4 允许 5V 输出驱高的 VDS 电压额定值，以使其不会被输
入电压损坏，同时还要有足够高的电流额定值以处理 IPMOS(RMS)
=
IOUT(max) &TImes;√Dmax。它的封装还必须能够驱散 PCond = (I
100mVPP。磁滞后，TPS6420x 控制器一般在输出电压有一些纹波时工作效果 最佳，建议使用至少 50mΩ ESR 的输出电容可产生ΔVPP(ESR) = ΔIL 乘以 RESR 的纹波电压，其一般远超出电压纹波的电容分量。 图 2 显示了该应用测得纹波。 图 2 VIN=250 VDC 和 IOUT=500mA 的输出纹波 由于 TPS64203 为磁滞型，因此在其运行在脉冲频率模式下时，其输 出电压在更低输出功率下将会有更高的纹波。测得转换器的工作频率约为 32 kHz，其与下列预计值一致：
非隔离降压型电源设计方案
非隔离降压型电源设计方案一款不带变压器的宽电压、低成本、非隔离式AC/DC降压转换器——输出持续电流500mA（2.5~12W)【关键词摘要】非隔离恒流恒压AC/DC电源芯片XD308H BUCK电路220V转5V220V转12V220V转24V380V转5V380V转12V380V转24V【概述】非隔离AC-DC电源芯片XD308H设计组成的降压恒流恒压电路，采用了BUCK电路拓扑结构，常用于小家电控制板电源以及工业控制电源供电。
其典型电路规格包含24V/500mA、12V/500mA和5V/500mA等，满足六级能效要求。
可通过雷击、EFT、浪涌等可靠性测试，可通过UL、CE、3C等认证。
其特点是：电路简单、BOM成本低（外围元件数目极少：无需变压器、光耦）,电源体积小、无异常噪音、损耗小发热低。
1）220V转24V降压电路：输入32~380Vac，输出24V/500mA电源方案如图所示的电路为一个典型的输出为24V/500mA的非隔离电源。
它通常应用于家用电器的(电饭煲、洗衣机及其它白色家电)。
此电路还适合于其它非隔离供电的应用，比如LED驱动、智能电表、加热器以及辅助电源和工业控制等。
220V转24V降压电路输入级由保险电阻RF1、防雷压敏电阻RV1、整流桥堆D1、EMI滤波电容C4和C5以及滤波电感L2组成。
保险电阻RF1为阻燃可熔的绕线电阻，它同时具备多个功能：a)将桥堆D1的浪涌电流限制在安全的范围；b)差模噪声的衰减；c)在其它任何元件出现短路故障时，充当输入保险丝的功能(元件故障时必须安全开路，不应产生任何冒烟、冒火及过热发光现象)。
压敏电阻RV1用于防雷保护，提高系统可靠性。
功率处理级由宽电压高效率电源芯片XD308H、续流二极管D2、输出电感L1及输出电容C3构成。
2）220V转12V降压电路：输入32~380Vac，输出12V/500mA电源方案如图所示的电路为一个典型的输出为12V/500mA的非隔离电源。
非隔离型DCDC变换器-buckboost
周期与各电量之间的关系
T 1 LI LI LI (U o U i ) ton toff f Ui Uo U iU o
7
Buck-Boost变换器——工作原理
电感电流纹波分析
ug uL
on off on off on
t
Ui -Uo
I iL1 iL 2
iL
14
Buck-BoosVD max I L max UVD max U i U o
考虑到电路工作时的尖峰电流，浪涌电压等，开关 器件的极限参数应满足
I VDmax (1.5 ~ 2) I L max U VDmax (2 ~ 3)(1.1U i U o )
15
Buck-Buck变换器——器件的选择
储能电感的选择 • 电感的选择方法与输入电流变化范围有关
为防止电感饱和，减小VT峰值 电流、电压和损耗
Ui
I (1 20%) I L 2 Ut Ut I 0.4 I L i on L i on L 0.4 I L Ii
16
I2 I1
t ΔI
t
Ut UD I i on i L fL Ut U (1 D) o off o L fL
电感电流峰峰值 与Boost变换器类 似，电感值L和频 率f成反比
Buck-Boost变换器——工作原理
输出电压波动分析
因为电容电荷平衡， 一个开关周期内， 输出电容充放电相 同，平均电容电流 IC=0
1 U i ton 2 1 2 2 L( ) U i ton 2 L 2L
4
这个阶段持续时间 ton
LiL1 Ui
Buck-Boost变换器——工作原理
1kW 非隔离降压型变换器设计
目录
非隔离降压型变换器
1 主电路设计
2 缓冲器设计
3 采样、保护电路
4 驱动器设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5 控制器设计
6 仿真验证
精品课件
1SECTION
主电路设计
精品课件
主电路设计
输入滤 波电容
T
VS
C1
Lf D
+ Cf Ro Uo
-
续流二极管
滤波器
VS=220±20V VO=40V P=1000W
负载电流 Iomax=25A Iomin=10%Iomax=2.5A
电力电子装置及系统
——1kW 非隔离降压型变换器设计
精品课件
技术指标
输入电压： 200‐240V DC 输出电压： 40V DC 额定功率： 1kW 输出电压纹波： <1% 开关频率： 50kHz 保护功能：输出过压，输出欠压，
输出短路，输入过压,输入欠压 使用拓扑： Buck 变换拓扑。
精品课件
220 0.0136s
4.9 *1012 s3 4.036 *107 s 2 2.99 *103 s 40
精品课件
控制器设计
作出
GH (s)
4.9 *1012
s3
220 0.0136s 4.036 *107 s 2
2.99 *103 s
40
精品课件
6SECTION
仿真验证
精品课件
MATLAB仿真模型
4.89V<Vs<5.98V
在对Vref取值时应参考上述数值
欠压比较器 过压比较器
R1
16.0k
20k
R2
11.0k
20k
非隔离电源的制作及测试—UC3842控制的降压电路的制作及测试
7. 会用示波器去测试波形，会根据波形分析产生的原因，
从而找到解决问题的办法。
பைடு நூலகம்
21 21
任务三 降压式电源电路的分析及参数设计
电源的基本要求如下： 输入电压36V-75V，正常输入电压是48V，输出电
压是12V，输出电流5A，开关频率fs为100KHz，输入 电压Vin=48V，在满载时效率η可达到0.90以上。 其他要求：输出电压纹波、输出电流纹波、动态响 应、 输出电压上升时间等。
一个正比于电感电流的电压接至此输入 端，PWM用此信息停止开关管的导通
19
4 RT/CT 通过连接RT到Vref和电容CT到地使振荡器频 率和最大占空比可调，输出频率可达到 500KHz。
5地
此管脚是控制电路和功率电路公共的地。
6 输出 输出可直接驱动功率MOS管的门极，高达1A 峰值电流经过此管脚拉和灌。
* Dy
*Ts
V0 Lf
* (1 Dy ) *Ts
11
3. 基本关系式
根据电路图推导 关系式
· · Lf ·
Vo
Q
Vin Vgs
D
Cf
RL
·
·
12 12
3. 基本关系式
稳态时，一个开关周期内输出滤波电容Cf的平均充电
与放电电流为零，故变换器输出电流I0就是iLf的平均值，
即
I0
I Lf
m in
I Lf 2
R10
C5 2.4n
Refv Vp
Osc
Vfb
Vout
Comp
Sense Gnd
UC3842 U1
4. 控制芯片一定是输出PWM波去控制MOS管，要清楚哪
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P. 4
3
Vin
AC90V
Filter
-264V
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
DCM
IC1 BM2P094F
1 VCC
FB 8
GND 7
4D
S5
C1 10uF 450V
C8 R10
C9
C2 10uF 50V
D2 600V 0.1A
PC1 PC817
4
1
C4 1000pF
3
2
R1 1 0.5W
↑
↑
↑
↑
↓
↓
↓
↑
↓
IOUT t
P. 6
3
ON
VIN
ON
IL
OFF
VOUT
OFF
OFF
VIN
ON
VOUT IL
• MOSFET ON
L
IL
•
OFF
IL VIN - VOUT ton L
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
• MOSFET OFF
•
MOSFET OFF
IL VOUT toff L
D4 RFN1L6S 600V 0.8A
L1 470uH 0.8A
C5 470uF 35V
Vout 20V 0.2A
R4 680
R5 1k
ZD1 18V
GND
P. 5
3
I
L
IL=0
tON
tOFF
ON OFF
↓
↓
↓
↓
↑
↑
↑
↓
↑
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
I
L
IOUT
t
tON tOFF
ON/OFF
Iomax = 0.2A 1.2=0.24A
→ IL= 2 Io = 0.48A
L ton(max) VIN(min) - Vo 3.3us 101V - 20V 557uH
Ip
0.48A
470uH
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P. 10
3
• • • ON
AC264V
/
• SOURCE
/
• SOURCE Leading-Edge-Blanking
•
•
AC
•
•
・工作电源电压范围 ・工作电流 ・工作温度范围
VCC：8.9V～26.0V DRAIN： ～ 650V
正常时：0.50mA (Typ.) 突发脉冲时：0.40mA(Typ.)
-40℃ ～ +105℃
• SOP8 4.90mm 3.90mm
• AC
TV16 ROHM Co.,Ltd.
P. 3
3
产品名
BM2P051F BM2P052F BM2P053F BM2P054F BM2P091F BM2P092F BM2P093F BM2P094F BM2P011 BM2P012 BM2P013 BM2P014 BM2P031 BM2P032 BM2P033 BM2P034 BM2P051 BM2P052 BM2P053 BM2P054 BM2P091 BM2P092 BM2P093 BM2P094
Cvcc [uF]
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
P. 9
3
•L • •
4
L1
trr MOSFET ON
MOSFET
VIN=101V AC90Vx1.4x0.8
Duty(max) Vo 20V 0.198 VIN(min) 101V
ton(max) Duty(max) 0.198 3.3us fsw(min) 60kHz
• ROHM MOSFET
• 8W DIP
SOP 20W BM2P094F
SOP8 5W
•
•
SOP8 8
16
DIP7
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
P. 2
3
IC
BM2P094F
650V MOSFET AC/DC
IC
• 650V MOSFET
• 650V
• PWM 65kHz
•
•
•
/
• VCC
P. 7
3
1 IC1
•
•
50% 75%
Pout=20V 0.2A=4W IC1 BM2P094F
2
• Pout=20V 0.2A0=4W
C1 2 4=8 ⇒ 10uF
•
VAC(max) 1.41
264VAC
264V 1.41=372V ⇒ 400V
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
C1
输入电压（VAC） 85-264 180-264
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
3 IC
DCM
1. IC1
2.
3. VCC
4.
L1
5.
6.
7.
EMI
C1 C2
R1 C5
D4
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
P. 1
3
IC
BM2P094F
650V MOSFET AC/DC
IC
• BM2P094F PWM
MOSFET IC BM2P0XX
※
Cin（uF） 2×Pout(W) 1×Pout(W)
P. 8
3
3 VCC
C2
• VCC • • C2 • VCC
2.2uF
IC VCC 50V 10uF
IC
起 動 時 間 [sec]
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
※
0.0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
BM2P094F L
ON 0.6 1.5us
AC264V
ON
1us
ILpeak = ton(最小ON时间)× VIN(max) - Vo = 1us× 372V- 20V = 0.749A
L
470uH
0.8A
•
0.8A
470uH
•
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
P. 11
7W
欠压保护 有 无 有 无 有 无 有 无 有 无 有 无
功能
VCC OVP 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复 闭锁停止 自动恢复
1
© 2016 ROHM Co.,Ltd.
封装 SOP8
BM2P0XX
MOSFET RDS(ON) (max) IDP(max)
最大输出功率 ＊1 85-265Vac
5.5Ω
2.6A
8W
12Ω
1.3A
5W
2.0Ω
10.4A
20W
DIP7
3.6Ω 5.5Ω
5.4A 2.6A
15W 10W
12Ω
1.3A