1 Buck主電路設(shè)計(jì)

　　① 整流部分

　　整流單元如圖2，根據(jù)系統(tǒng)要求，交流輸入220V，輸出最大10A，整流后空載輸出為約310V（最大），帶負(fù)載（約5A）后，直流電壓大約下降8～9V。

　　圖2 整流濾波電路圖

　　E1為整流后進(jìn)行濾波，如果電容值過大，寄生功率電感電阻過大，會(huì)造成不必要的能量損貼片電感生產(chǎn)廠耗，而且在上電瞬間，會(huì)造成整流橋瞬間沖擊電流過大。

　　本次設(shè)計(jì)采用為耐壓450V的電解電容C=1200μF。整流橋采用KBPC5010型二極管，耐壓為1000V，正向平均整流電流IF（AV）=50.0A（t=55℃），且體積較小、發(fā)熱低、較實(shí)用，所選器件符合本設(shè)計(jì)的要求。

　　② 降壓部分

　　降壓電路如圖3所示。

　　圖3 Buck降壓單元

　　根據(jù)系統(tǒng)要求，直流輸入最大300V，直流輸出最大60V，電流輸出最大10A。本電路中的IGBT采用FGA25N120AND，VCES=1200V，IC=20A，trr=235ns，參數(shù)滿足實(shí)驗(yàn)要求。

　　Vref為直流電壓輸入，R0、C0為無感阻容吸收部分，以吸收IGBT關(guān)斷瞬間儲(chǔ)存的能量和濾除尖峰，RS為采樣電阻，DCA-DCA為電流互感器，采樣輸出電流，“Sample”為采樣輸出端。各參數(shù)具體選取如下：

　　A 無感電容C0、電阻R0的計(jì)算

　　C0=（2.5～5）×10-8×If；If為IGBT的電流（20A），可以得出C0=0.5～1μF；

　　R0=（（2～4）×535）/If=53.5～107。

　　實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過不同RC的匹配，最一體電感生產(chǎn)商終選擇電阻R0為100Ω/5W、C0為1μF/630V。

　　B 分壓采樣電阻的選擇

　　為了不影響后插件電感工廠級(jí)輸出，分壓支路電流應(yīng)盡可能的小，分壓電阻盡量大，但考慮到電阻越大，內(nèi)部噪聲也越大，二者折中。DSP采樣電壓最大為3V，而直流輸出最大為60V，故設(shè)定分壓比例為1/20，選取如下：RS=5KΩ/0.1，RS=250Ω/0.1。

　　C 電感L的選擇

　　輸出電感的量值對(duì)于在開關(guān)關(guān)斷時(shí)維持到負(fù)載的電流十分關(guān)鍵。為了能在最極端的輸出電壓和輸入電流條件下保證最小的電感值仍然支持降壓變換器的輸出電流，從而向負(fù)載輸出電流，這個(gè)最小電感值是需要確定的一個(gè)量值。

　　下式為一經(jīng)驗(yàn)公式，用于確定一個(gè)連續(xù)Buck變換器所需的臨界電感值。

　　其中，f為IGBT的開關(guān)頻率（10～20kHz），D為占空比，IO為輸出電流（5～10A）。可計(jì)算得LC=2.5～5.0mH，本設(shè)計(jì)取5.0mH。

　　輸出Vdc=50V，Imax=10A，Rs采樣輸出電壓，通過線性光耦，由DSP進(jìn)行PID運(yùn)算調(diào)節(jié)輸出PWM信號(hào)，使Buck電路輸出電壓恒定50V。

　　D 濾波電容E2的選擇

　　輸出端電容器（E2）是為了使輸出電壓變得平滑而使用的，升壓型的產(chǎn)品因?yàn)獒槍?duì)負(fù)載電流而斷續(xù)地流入電流，與降壓型產(chǎn)品相比需要更大的電容值。在輸出電壓較高以及負(fù)載電流較大的情況下，由于紋波電壓會(huì)變大，因此根據(jù)各自的情況而選用相應(yīng)的電容值，推薦使用2000μF以上電容器。

　　為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，最好選用等效串聯(lián)電阻（ESR）較小且容量較大的電容器。特別推薦使用低溫特性及泄漏電流特性等優(yōu)異的鉭電解電容器或有機(jī)半導(dǎo)體電容器，而且采用小容值電容與大電容（耐壓等級(jí)相同）并聯(lián)可起到消除高次諧波與降低等效串聯(lián)電容的作用。

　　本次設(shè)計(jì)中，設(shè)定IGBT開關(guān)頻率為f=10kHz，電感L=5.0mH，E2=2000μF/400V，鉭電解電容器。