BUCK變換器課程教學(xué)設(shè)計(jì)

梅建偉+田艷芳+雷均+劉杰+魏海波

【摘要】在分析BUCK變換器來由的基礎(chǔ)上，本文給出了直流變換電路的控制方法和工作原理，結(jié)合BUCK變換器關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓和電流波形，對(duì)其三種工作狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和推導(dǎo)，同時(shí)對(duì)電感和電容的選型進(jìn)行了計(jì)算，在工程應(yīng)用中常常出現(xiàn)的問題進(jìn)行了解析，并且給出了解決問題的辦法，該教學(xué)內(nèi)容促進(jìn)了BUCK變換器工程應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】BUCK；電流臨界；故障診斷

G712；TM46

1、主回路來由

圖1（a）中的MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)在MOSFET的柵極施加脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，將恒定的直流電壓信號(hào)變換成脈動(dòng)的直流電壓信號(hào)，此時(shí)如果我們想得到恒定的直流電壓信號(hào)，此時(shí)施加低通濾波信號(hào)，增加的濾波電路如圖1（b）所示，脈動(dòng)的直流電壓信號(hào)經(jīng)過低通濾波電路后得到恒定的直流電壓信號(hào)，該電壓小于輸入直流電壓信號(hào)，當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，由于電感中的電流需要續(xù)流通道，因此必須增加續(xù)流二極管，得到如圖1（c）所示的電路，該電路即為BUCK變換器。

2、工作原理

2.1 控制方式

直流變換電路通常有三種控制方式：

（1） 脈沖寬度調(diào)制（PWM）：驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率不發(fā)生改變，但是改變脈沖的寬度；（2） 脈沖頻率調(diào)制（PFM）：改變驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率，但脈沖的寬度維持不變；（3） 混合調(diào)制（PWM&PFM）：在改變驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率的同時(shí)改變脈沖的寬度，通常情況下是先改變頻率，當(dāng)頻率變化到上下限時(shí)再改變脈沖寬度。

2.2 工作原理

t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)MOSFET導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。

t=t2時(shí)控制MOSFET關(guān)斷，電感中的電流通過二極管D續(xù)流，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。

電路中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓和電流波形如圖2所示，在該電路中通常所說的電流斷續(xù)、臨界和連續(xù)狀態(tài)，這里所述的電流是指電感的電流。

3、數(shù)量關(guān)系

在進(jìn)行數(shù)量計(jì)算時(shí)，開關(guān)器件認(rèn)為是理想開關(guān)，其他元件理想的線性元件，其中理想開關(guān)元件滿足三個(gè)條件，分別是開關(guān)斷開時(shí)沒有漏電流、開關(guān)導(dǎo)通時(shí)沒有導(dǎo)通壓降以及開關(guān)瞬間完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：梅建偉（1978-），男，湖北麻城人，副教授，碩士研究生，研究方向：電力電子變換技術(shù)以及電機(jī)控制技術(shù)方面的研究。