降压型开关稳压电源设计
开关直流降压电源(BUCK)设计
开关直流降压电源(BUCK)设计摘要随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
近年来，随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论发展，新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路。
该电路具有体积小，控制方便灵活，输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计开关电源，利用MOSFET 管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词：直流，降压电源,TL494,MOSFET1目录摘要 (1)Abstract........................................................... ........ 错误！未定义书签。
1.方案论证与比较 (4)1.1 总方案的设计与论证 ...................................... 错误！未定义书签。
1.2 控制芯片的选择 (4)1.3 隔离电路的选择 .............................................. 错误！未定义书签。
2. BUCK电路工作原理 ......................................... 错误！未定义书签。
3. 控制电路的设计及电路参数的计算 ................ 错误！未定义书签。
3.1 TL494控制芯片................................................ 错误！未定义书签。
基于UC3842的降压型DC-DC设计
基于UC3842的降压型DC-DC设计设计课题：基于UC3842的降压型DC-DC设计专业班级： B120409 学生姓名：*** *9指导教师： *设计时间： 2014年12月18日目录摘要： (3)关键词: (3)一、系统设计 (3)1.1 系统设计要求 (3)1.2系统设计框图 (3)二、硬件电路设计 (4)2.1 输入模块 (4)2.2 输出模块 (5)2.3 UC3842外围电路 (5)2.4反馈电路 (6)2.5开关管控制电路 (7)三、重要元件简介 (7)3.1 UC3842 (7)3.2 PC817 (9)3.3 TL431 (10)四、计算 (11)4.1 续流二极管的选择 (11)4.2 R6--R10 (11)五、原理图、电路板及PCB图 (12)5.1 原理图 (12)5.2 电路板 (12)5.3 PCB图 (13)六、测试结果及结果分析 (13)6.1测试结果 (13)6.2 测试结果分析 (14)七、结论与心得 (15)基于UC3842的降压型DC-DC设计摘要：为了研究基于UC3842的直流降压斩波电路，选择了以UC3842为脉宽控制核心的15V到8V的降压变换为实例，详细的说明UC3842的用法，外围电路设计，以及反激直流变换器的直接降压斩波工作原理。
该方案里的UC3842可以直接驱动开关管，向负载提供电能。
为了整体电路的稳定，又在输出端添加由TL431和PC817组成的反馈电路，对输出电压采样，把输出电压反馈给UC3842，通过内部比较器，自动的调节脉宽，调节输出电压，以达到稳定。
关键词:UC3842 反馈电路滤波一、系统设计1.1 系统设计要求表1 系统要求1.2系统设计框图本设计采用的是一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842。
该脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号，控制大功率开关管的通断状态来调节输出电压的大小，达到稳压目的，锯齿波发生器提供恒定的时钟频率信号，利用误差放大器的电压测定比较器形成电压闭环，利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节驱动信号的占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。
LT3840：电源设计应用电路图集锦
LT®3
源运
效率架构用。
3840 是一款运作。
当针对用户率对延长电池构。
利用能够
1、微功率降款高电压、同户可选的突发池供电型系统够驱动多个低降压
步、降压型发模式操作配统中的运行时低 RDS（ON）开关稳压控制置时，LT384间给予帮助MOSFET 的大
制器，其能够40 的低静态。
LT3840 采大型 N 沟道够采用一个 态电流可通过采用一种恒定道栅极驱动器2.5V 至 60过提高轻负载定频率、电流器可实现高电V 电时的模式流应
LT3840 高效率同步降压型转换器
器
2、降压DC LT3840 元/DC 解决方案元件数目少的案
的应用，6V~~60V 输入至5V/10A 输出出
L 3、DC/DC 电T3840 宽输入电压调节
入范围、高功功率输出、115V~60V 输入入至 12V/20A A 输出
LT T 3840 负输出出应用，24V 输入至 –115V/10A。
TL494开关电源设计--BUCK电路解析
+5V
IN2 +
GND
IN2 -
CT
RT
DE AD
4
16
C2 332
15
R4 10K
R3 10K R9 0.1
R8 120
图三：由TL494组成降压型开关稳压电源
过载保护－－过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。 不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下)，R9的下端
电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差
t
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
CO=(3~5)(ΔI) T/(2ΔVP-P)
产生纹波的两个因素：1.输出电容容 量有限；2.开关过程产生的过冲，这
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
部分较难滤除。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.0~21.4uS（Vsta~1.2V）。
七、参数选择 4.开关管：
开关速度<1uS，
IC VEC PT
VIN+VF
IECO tON tOFF
VSTA t
耐压>2(VIN)max，
电流>2(IO)max
图四：开关管开关速度与功耗分析
TIP127（100V/5A，
死区时间控制 触发器 时钟
反馈/PWM比较器输入
Q
Q
Q1射极
电路dcdc降压方案
电路DC-DC降压方案概述DC-DC降压方案是一种常用的电路设计方案，广泛应用于电子设备中，用于将高电压的直流电源转换为低电压的直流电源。
在电子设备中，低电压直流电源通常用来供应各种电路和组件，如集成电路、传感器、显示屏等。
本文将介绍几种常用的DC-DC降压方案，包括线性稳压器、降压开关电源以及升压式和降-升压式转换器。
线性稳压器线性稳压器是一种简单、成本低廉的DC-DC降压方案。
它通过晶体管调节电压，将输入电压稳定到所需的输出电压。
线性稳压器的主要优点是电路简单、稳定性好、噪声低，但在输入输出电压差比较大时效率较低，且会产生较多的热量。
因此，线性稳压器常被用于输出电压要求较高且纹波要求较低的场合。
降压开关电源降压开关电源是一种高效率的DC-DC降压方案，它通过开关管和电感器实现对输入电压的调节。
降压开关电路通常分为两种类型：离线式和非离线式。
离线式降压开关电路是将交流输入转换为直流输出，非离线式降压开关电路则直接对直流输入进行调节。
离线式降压开关电路常使用变压器来实现高频开关转换，以提高效率。
非离线式降压开关电路则常常使用非反激、负反激或附加套线器等方式来实现开关转换，这些转换方式相比于离线式较为简单，但功率较小。
降压开关电源的优点是效率高、体积小，适合于功耗要求高、输出电流大的应用场合。
但由于其特殊的电路结构，需要合理的电磁屏蔽和线路布局，以避免电磁干扰和噪声。
升压式转换器升压式转换器是一种将低电压升到高电压的DC-DC降压方案。
它通过变压器实现电压转换，并通过开关管实现稳定性的控制。
升压式转换器通常由高频开关、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。
升压式转换器的优点是可以将低电压转换为高电压，适用于输入电压低但要求较高输出电压的场合。
然而，由于电压升高，其效率较低，同时产生的噪声也较多。
降-升压式转换器降-升压式转换器是一种可以将输入电压降低或升高的DC-DC降压方案。
它结合了降压和升压式转换器的特点，可以完成输入电压的双向转换。
TL494开关电源设计--BUCK电路
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
L0 ~
VIN T 8I
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
t
I (10% ~ 20%) I O max
电流断续状态DCM
t
电流连续状态CCM
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO 2IOC
CO=(3~5)(ΔI) T/(2ΔVP-P)
产生纹波的两个因素：1.输出电容容 量有限；2.开关过程产生的过冲，这
VIN-VSTA IOC
-VF
t
(tON)min (tOFF)max
临界连续状态
部分较难滤除。
续流管阴极电位VK 、 电感电流IL、负载电流IO VIN-VSTA VO -VF (tON)min (tOFF)max IO<IOC
5. 较典型的设计验证方法和负载实验。
三、BUCK型DC－DC变换器（CCM工作模式）
1. 导通状态 U I UO UL I ON t1 t1 L L 2. 截止状态 UO UL I OFF t2 t2 L L 3. 输入输出关系
I ON I OFF
U O DU I
100u/25V
C6
220u/25V
T2 TIP127 (100V/5A/Darl-L) 104 R2 C3 1K
10 9
3K R6
FR307 D4 103 C5 570 R13
C7
104 C9 5K1 R17
R16 3K6
5
6
TL494、SG3525A是常用的、典型的固定频率的脉冲宽度调制控制电路
▪ “输出控制”=5V为推挽输出，最小死区时间为48%； =0为单端输出，最小死区时间为96%。
五、TL494的工作条件
1. 工作条件
条件
符 号 最小 典型
最大
单位
电源电压
VCC
7.0
15
40
V
集电极电压
VC1,VC2 --
30
二． 课题的意义
1. 具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容 量较大时多采用开关电源。
2. 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术－PWM是一项共 性技术，应用面广，如硅整流弧焊电源控制、逆变电源 设计、恒温控制、直流电机调速等。
3. 学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、 典型的固定频率的脉冲宽度调制控制电路，应用方法有 一定代表性。
输出 控制
图二 ：TL494时序 图
2. TL494的时序
当锯齿波电平＜死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。 当锯齿波电平＜反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。 死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟
宽度。
CT
2. TL494的时
序(续)
六、 原 理 图
103/250V 1A/400V C4
R2 47
L1 10mH/0.5A
10
T2
TIP1 27 (100V/ 5A/Darl-L)
R5 10K
R3
4K7
104 4K7
C6 R13
FR107
D4
C8
470u/25V
11
E1 9
Buck电路的设计与参数计算
Buck电路的设计与参数计算一、背景、Buck电路，又名降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。
其所用外围器件少，成本低，高能效，同时可以做到小型化，因此在计算机，消费产品等需多电源供电的电子系统中有着广泛的应用。
二、Buck电路拓扑结构主要由一个开关管Q1，二极管D1，电感L，输出电容C组成的Buck变换电路，因此可以看出其电路组成结构简单，器件较少，因而成本较低。
如图2-1所示图2-1Buck电路的基本结构三、Buck工作原理下图3-1为Buck电路开关波形，及其传递函数。
图3-1Buck电路的基本开关波形Vin为输入电压，Vout为输出电压，Fsw为Q1开关频率L为电感元件的电感值L，D为开关导通占空比根据电感元件在一个开关周期内的伏秒特性，可以写出Buck电路的传递函数，如图3-2所示图3-2Buck电路的传递函数计算方法四、控制模式如下图所示为Buck电路常见的两种控制模式。
图4-1为电压控制模式，图4-2为电流控制模式。
实际应用中最常见的是电压控制模式图4-1电压控制模式图4-2电流控制模式对于电压控制模式，以及电流控制模式他们有不同的优缺点，以及不同应用场景。
对于这两张控制模式，现做一个简单的比较电压控制模式：1，响应较慢2，由于存在ESR，有二阶响应作用3，补偿较为困难电流控制模式：1，每周期逐波限流2，一阶系统容易补偿3，快速响应4，容易引起次谐波振荡五、电感的计算当Buck电路处于临界工作模式CRM下，电感值的计算如下。
首先我们来开临界工作模式下，Buck电路的主要波形，如图5-1所示图5-1Buck电路工作在临界条件下的波形假定我们要设计一个输入Vin在8~15V，输出Vout为3.3V，额定工作电流Io=3A，工作频率为500KHZ的Buck电路。
在临界条件下，电感值计算公式如下5-2所示图5-2电感临界值的计算。
通过计算可知，工作在临界条件下，电感值为0.85uH。
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1 开关电源概述
开关电源是开关稳压电源的简称，一般指输入为交流电压、输出为直流电压的AC/DC变换器。
开关电源内部的功率开关管工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达75%-90%，比普通线性稳压电源提高近一倍。
表1.1电源分类
2 降压式开关稳压器原理
2.1 给低通滤波器输入方波
图2.1.1表示给低通滤波器输入方波时的情况。
如果一个低通滤波器的截止频率比输入信号频率低很多，当给它输入方波信号时，由于方波被低通滤波器平滑，所以输出信号变成了直流（只有微小的脉流）。
（为什么？方波信号相当于一个直流分量加一个交流分量的和，经过低通滤波器后，直流分量通过，交流分量被滤掉，所以只剩下直流分量了，即输出平滑了。
如果低通滤波器的截止频率比输入信号频率高，那么交流分量就全部通过了，起不到滤波的作用，所以低通滤波器的截止频率要比输入信号的频率低很多才行。
）
降压型开关电源是把输入的直流信号转换成方波，再把这个方波经低通滤波器平滑，又得到直流信号的电路。
之所以通过这样复杂的过程来降低电压是为了减少电压变换时的损失。
线性稳压电源只所以效率低就因为直接进行电压变换的时候功耗大。
图2.1.1 给低通滤波器输入方波
2.2 开关电路+滤波器=降压型开关电源
降压式开关稳压器的原理如图2.2.1所示，图2.2.2和2.2.3分别是当开关闭合、断开时的电流路径。
在实际的电路中，还需要实施反馈使输出电压稳定。
一般反馈都集成到电源芯片中。
图2.2.1 简化电路
图2.2.2 开关闭合时的电流路径
图2.2.3 开关断开时的电流路径
（1）当开关闭合时续流二极管VD截至，由于输入电压UI与储能电感L接通，因此输入-输出压差（UI-Uo）就加在L上，使通过L的电流IL线性地增加。
（为什么？由公式L*di/dt=U可以看出，U、L不变，则di/dt为常数，即I线性增加。
）在此期间除向负载供电外，还有一部分电能储存在L和C中，流过负载RL的电流为Io，参见图2.2.2。
（2）当开关断开时，L与UI断开，但由于电感电流不能在瞬间发生突变，因此在L上就产生反向电动势以维持通过电感的电流不变。
此时续流二极管VD 导通，储存在L中的电能就经过由VD构成的回路向负载供电，维持输出电压不变。
开关断开时，C对负载放电，这有利于维持Uo和Io不变，参加图2.2.3。
（为什么？请看以下图例比较）
图2.2.4 去掉电容的电路图
图2.2.5 去掉电容的仿真波形图
图2.2.6 有电容的情况下的仿真波形图
图中，绿色为输入的开关电压UI，开关频率为250KHZ，周期为4US。
蓝色为输出的直流电压Uo。
红色为输出电流Io。
对比图2.2.5和图2.2.6，可以看出有电容的情况下纹波电压和纹波电流要很多。
3 降压型开关电源的设计
3.1 电源电路的设计指标
现在进行降压型开关电源的具体设计。
设计指标如下：
表3.1.1降压型开关电源的指标
3.2 续流二极管VD的选择
由降压型开关稳压电源工作原理分析可知，当功率开关VT截止时，储能电感L中所存储的磁能是通过续流二极管VD传输给负载电阻RL的；当功率开关VT导通时，集-射极之间的电压几乎等于零，这时的输入电压UI就全部加到续
流二极管VD的两端。
因此，续流二极管VD的选择一定要符合下列条件：（1）续流二极管VD的正向额定电流必须等于或大于功率开关VT的最大集电极电流，即应该大于负载电阻RL上的电流。
由表3.1知输出电流为2A，纹波电流控制在±5%以内，即二极管正向额定电流Id>2.1A。
（2）续流二极管VD的反向耐压值必须大于输入电压UI值（这里是12V）。
（3）为了减小由于开关转换所引起的输出纹波电压，续流二极管VD应选择反向恢复速度和导通速度都非常快的肖特基二极管或快恢复二极管。
（4）为了提高整机的转换效率，减小内部损耗，一定要选择正向导通管压降低的肖特基二极管。
综上选择MBRS340（LTspice软件的仿真元件库内）。
图3.2.1 MBRS340属性
3.3 储能电感L的选择
这里我们假定选择的开关频率为F=250KHZ。
①开关的周期T=1/F=1/250KHZ=4us。
②占空比D=Uo/UI=5V/12V≈0.42。
③一个周期内处在12V电压的时间Ton=DT=0.42*4us=1.68us。
④在Ton时间内，纹波电流di=10%*Io=0.1*2A=0.2A。
纹波电流控制在±5%以内。
⑤在Ton时间内，储能电感L两端压降VL=12V-5V=7V。
⑥根据电感计算公式L=V*dt/di可以得到：
在Ton时间内，L=VL*Ton/di=7V*1.68us/0.2A=58.8uh。
⑦在实际应用中，往往取理论值的1.5倍，所以估算电感：
L=58.8uh*1.5=88uh。
选材的时候考虑在这个电感量左右的电感。
3.4 输出滤波电容C的选择
从降压型开关稳压电源的工作原理分析可见，输出滤波电容C的选择直接关系着开关稳压电源输出电压中纹波电压分量△Uo的大小。
在设计降压型开关稳
压电源时，输出滤波电容C的容量主要根据对稳压电源输出纹波电压△Uo的要求来定。
根据电路分析可以推导出C的计算公式（推导过程略）：
C=
Uo
8·△Uo·L·F
（1−
Uo
Ui
）
C=5V
8∗5V∗10%∗88uh∗（250KHZ）（1−5V
12V
）=0.13uf
实际应用中取理论值1.5倍，估算电容C=0.13uf*1.5=0.2uf
储能电感L和输出滤波电容C组成的滤波器的截止频率为
Fc=
2πLC
=38KHZ
可以看出Fc远小于开关频率F=250KHZ。
对于储能电感L和输出滤波电容C的选择，必须在满足电感选择原则的基础上，再选择电容，（如果电感值小于临界值，电感不足以吸收开关的能量，会引起工作状态急剧恶化。
因此，储能电感L除了起储能和滤波的作用外，还有限制功率开关最大电流的作用。
）电感和电容之间满足关系式：
L·C=T·Toff
8△Uo
Uo
（式3.4.1）也可以用式估算C的值。
4降压型开关电源的设计仿真
图4.1 仿真电路图
图4.2 开关电源设置及波形
图4.3 输出电压和输出电流的波形
图4.3中，绿色为输出电压的波形图，参考坐标系在左侧，可以看出输出电压在5V左右，电压波动在4.92V-5.14V，满足±5%纹波电压4.75V-5.25V要求。
蓝色为流经负载电流的波形图，参考坐标系在右侧，输出电流在2A左右，电流波动在1.97A-2.06A满足±5%纹波电流1.9A-2.1A要求。
经思考验证，还可以得到以下几点信息：
① L和C的取值越大，最后的纹波输出越小，即输出电压电流越平稳，但达到平稳的时间也越长，如图4.3为150us左右达到平稳。
而将电感值从88uh 增大到200uh后，如下图4.4所示，要到500us左右才达到平稳。
）
图4.4 增大L的值后的仿真波形图
②C越大，起始噪声脉冲越大。
如下图4.5所示。
将电容从0.2uf增大到20uf。
如果继续增大C的值，会出现更多的逐渐衰减的噪声脉冲。
如图4.6所示，电容值增大到200uf。
注意时间轴的变化，达到平稳的时间也越来越长，纹波越来越小，符合①中所述。
图4.5 增大C值后的仿真波形图
图4.6 继续增大C值后的仿真波形图
③L和C取值较小，满足不了截止频率远小于开关频率的要求时，出现谐振。
如图4.7所示，电感降低为1uh。
此时已经达不到滤波的要求了。
L和C的相对取值不同，振荡幅度不同。
参考文献
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