1、,BUCK变换器,2,开关电源 实战,通俗易懂、深入实践、进阶必备,内容提要,物料清单（实物）,实验板成品,测试效果图,DC/DC变换原理,BUCK稳压器原理,TL494详解,带过流保护的BUCK电路实例,输入：1040VDC 输出：5V/1A 过流保护：1.3A,授课方式,TL494工作点测试,开关管、电感测试,BUCK开环测试,稳压控制环测试,频率补偿测试,过流保护测试,原理讲解,元件焊接,电路测试,波形分析,基本原理,功能模块,目标：原理讲解简明易懂，通过实验数据和波形对理论进行验证，加深理解，学以致用。,1、电磁感应,电磁感应现象,提示：变压器正常工作的关键是要磁通有变化。,电生磁,磁
2、生电,磁通不变，不会产生感生电动势,磁通变化，会产生感生电动势,2、电感的伏安特性,电感线圈,电生磁,磁生电,提示：,加入磁芯可提高磁感应强度,Effective Area,磁芯的磁通量,L与N2成正比,1、电感线圈上的电流是变化的,2、电感线圈上的电压可以突变,例题：若流过电感线圈（L=1mH）的电流波形IL如下图所示，请计算各个时间段电感两端的电压UL，并画出电压波形。,提示：牢记电感的VA特性。 思考：为什么电流方向不变，电压方向可变？,要点,电流都是正的，而电压可正可负；电流线性变化时电压为定值,3、Buck变换器原理,电流线性变化,若输入输出电压、开关频率、占空比不变，仅改变L大小,
3、则电流的斜率和纹波大小会相应改变,电磁感应定律,D1，故为降压,电感电流模式,若输入输出电压不变，开关频率不变，不限制电流的峰值,纹波增大，斜率增大,纹波减小，斜率减小,BCM电感电流临界导电模式,CCM电感电流连续导电模式,DCM电感电流断续导电模式,电感量L减小,电感量L增加,注意,1、若输入输出电压不变，则占空比不变，电流上升和下降时长不变,2、磁芯大小不变，L与线圈匝数N2成正比,3、磁芯大小不变，在不引起磁饱和的情况下，改变L的大小仅影响电流的形态，不影响电感所能传递的功率大小，要改变功率，必须改变磁芯的规格。,4、开关导通的时间不能过长，否则电感饱和，将失去电感的作用。,4、BUC
4、K变换器的稳压控制原理,Uo上升，Ue减小，D减小，Uo降低,反之，当Uo下降时，Ue增大，D增大，Uo上升,输出电压,5、PWM控制器,PWM控制器,误差放大器,基准电压源,PWM比较器,锯齿波振荡器,开关管驱动,通用PWM 控制器 TL494,误差放大器（2个）,基准电压源（5V）,PWM比较器,锯齿波振荡器（频率外部设置）,开关管驱动,死区时间控制,欠压保护,输出控制（单端/双端）,TL494内部结构,5V,Uref,Usam,误差放大器 参考电压 PWM比较器 锯齿波振荡器 输出驱动电路,16脚（DIP16、SOP16封装）,TL494的控制逻辑,PWM比较器,OC,Uj,Uj,Ue,
5、Udt,Vcc,5V,4.9V,3.5V,或,输出控制,死区时间,欠压保护,欠压保护,1,2,3,4,E,注：“或”运算：只要有一个输入为高电平，输出即为高电平,提示：PWM控制器内置多种保护功能常常采用“或”逻辑控制。,Udt,Ue,OFF,ON,6、BUCK电路举例,输入,输出,开关,储能电感,续流二极管,滤波电容,单端 输出,无软 启动,低电平开,开关频率,过流保护,稳压控制,频率补偿,5V,物料清单（BOM）,物料清单提供元件的电参数、规格、型号，据此购买元件和设计PCB,提示：可以根据元件的主要参数，选择性能指标相近，而品牌型号不同的替代型号,实验板和实验方法,功率开关 三极管,LE
6、D负载在底面,测试端,功率电感,PCB布局图,电路板实物,实验方法,边焊边测，渐步验证,PWM控制器,续流 二极管,滤波电容,实验仪器（测试）,数字示波器,观测电压、电流的波形,测量电压的幅度、频率等参数,分析电路的工作状态,数字万用表,测量输出电流平均值,滑动变阻器,调节负载电流,直流电源,0-30V/3A,实验步骤, TL494工作点, 开关管及电感, 开环的BUCK, 稳压控制环, 过流保护, 带载能力测试, TL494工作点测试,单端 输出,无软 启动,开关频率,测试内容,1、振荡波形及频率（锯齿波）,2、单端输出的PWM信号（死区时间）,3、14脚输出的电压（内部基准电压）,元件安装
7、,12VDC,TL494,Vin-,示波器夹子 （接地）,振荡波形,PWM,基准电压,PIN5,PIN8,PIN14,提示：焊接元件先焊个子矮的，TL494的U形缺口向上（与板上的丝印相一致）,准备测试的内容,GND,测试结果分析(1-1),12VDC,示波器夹子 （接地）,振荡波形,PIN5,GND,测试内容,测试结果,波形（锯齿波）,频率（23.08kHz）,峰值电压（3.0V）,示波器探头,结果分析,测试结果分析(1-2),12VDC,示波器夹子 （接地）,PWM波形,PIN8,GND,测试内容,测试结果,波形（TL494集电极开路，不能直接驱动开关管，须接上拉电阻）,频率（28.05k
8、Hz）,峰值电压（12.2V）,示波器探头,结果分析,集电极开路,焊上R1、R2,低电平驱动PNP三极管,测试结果分析(1-3),1030V,示波器夹子 （接地）,基准电压,PIN14,GND,测试内容,测试结果,波形（直线）,电压平均值（5.20V）,输入电压在1030V之间变化时，基准电压保持不变（5.20V）,示波器探头,结果分析, 开关管及电感测试,测试内容,1、开关管集电极电压（与PWM反相）,2、输出电压（由电感电流决定）,元件安装,12VDC,TIP32A,示波器夹子 （接地）,准备测试的内容,开关管集电极电压,输出电压,GND,ON,OFF,测试结果分析(2-1),12VDC,
9、示波器夹子 （接地）,开关管集电极电压,GND,测试内容,测试结果,电压（Max:16V(ON),Min:-156V(OFF)）,占空比（96%）,示波器探头,结果分析,Why?,+,-,+,-,-,+,+,-,电感储存的能量没有一个正常的电流回路释放只能通过电路上的分布电容和电阻以阻尼振荡的方式慢慢衰减，由于分布电阻很小，放电电流很小，故产生很高的尖锋电压。,提示：尖锋电压与输入电压叠加在开关管两端，容易击穿开关管，需要加吸收或钳位电路,开关导通瞬间，电源电压加至电感，由于电感的分布电容，产生一个高频的LC振荡，因此产生了一个短暂的过冲,GND,测试结果分析(2-2),12VDC,ON,输出
10、电压不等于12x0.96（11.5V）现在还不是BUCK,输出电压,测试内容,测试结果,波形（近似线性，相当于电感电流波形,CCM）,电压平均值（6.32V，纹波电压3.6V(57%)）,结果分析,提示：R11功耗大，温度较高，小心烫伤，测试时间尽量不要太长。,示波器夹子 （接地）,示波器探头,输出电压,测试内容, 开环的BUCK电路测试,测试内容,1、开关管集电极电压（与PWM反相）,2、输出电压（11.5V，纹波减小）,先后接上D1、C5,元件安装,12VDC,示波器夹子 （接地）,准备测试的内容,开关管集电极电压,输出电压,GND,测试结果分析(3-1),12VDC,示波器夹子 （接地）
11、,开关管集电极电压,GND,测试内容,测试结果,波形（占空比约96%，与PWM波形反相）,电压（Max:12.6V,约等于Vin（12V），Min:-4V,-156V）,示波器探头,结果分析,ON,OFF,D1在开关断开时为电感提供了电流回路，放电电流大，故尖锋电压小,12VDC,GND,测试结果分析(3-2),示波器夹子 （接地）,示波器探头,ON,OFF,未接C5时,接上C5后,输出电压,测试内容,电压（纹波明显减小，降到1V）,结果分析,（加入C5后，进一步降至0.6V，3.6V）,（平均值约11V,与BUCK电路的结果相符）,未接D1和C5时,特别提示,此时R11的电压大幅升高至8V左
12、右功耗接近LED的3倍，发热量大，温度高，小心烫伤，测试时间量短，否则有可能会烧坏R11。, 稳压控制环测试,测试内容,1、输出电压（5V）,（不随输入电压变化）,2、开关管集电极电压,（占空比约为0.4）,3、PWM控制信号,输出电压采样,参考电压,5V,5V,元件安装,准备测试的内容,开关管集电极电压,输出电压,PWM,12VDC,示波器夹子 （接地）,GND,测试结果分析(4-1),1030V,示波器夹子 （接地）,输出电压,GND,测试内容,测试结果,波形（轻载时高频纹波约0.24V(约5%)）,电压平均值（5.12V （5V+3%）基本符合输出要求，在输入1030V范围内无变化，稳压
13、）,示波器探头,结果分析,测试结果分析(4-2),C极波形,PWM波形,12VDC,示波器夹子 （接地）,开关管集电极电压,GND,测试内容,测试结果,示波器探头,结果分析,PWM,波形（不稳定）,（反馈环不稳定）,（采取频率补偿）,测试结果分析(4-3),频率补偿,测试结果分析(4-3),12VDC,示波器夹子 （接地）,开关管集电极电压,GND,测试内容,示波器探头,结果分析,PWM,波形（稳定）,占空比实测值,C极波形,测试结果,PWM波形,占空比理论值,ON,OFF,提示：开关管对输入电压斩波后的平均值基本上等于输出电压的平均值。, 过流保护工作点测试,测试内容,1、参考电压（0.14
14、3V）,2、采样电压（R10两端）,（输出电流达到1.3A）,3、过流保护,参考电压,采样电压,（开关管断开）,元件安装,准备测试的内容,参考电压,采样电压,12VDC,示波器夹子 （接地）,GND,PIN15,PIN16,测试结果分析(4-3),12VDC,示波器夹子 （接地）,开关管集电极电压,GND,测试内容,示波器探头,结果分析,PWM,波形（稳定）,占空比实测值,C极波形,测试结果,PWM波形,占空比理论值,ON,OFF,提示：开关管对输入电压斩波后的平均值基本上等于输出电压的平均值。,结果分析,波形（稳定）,GND,12VDC,测试结果分析(5),15,电流采样参考电压,输出电流采样波形,参考电压,测试内容,采样电压,示波器夹子 （接地）,示波器探头,16,测试结果,结果分析,参考电压（0.148V）,采样电压（远小于0.148V,150mA轻载）, 过流保护及带载能力测试,1030VDC,夹子,探钩,测试采样电流,2A,输出电流,负载调节,1、固定输入电压（12V），改变负载时输出电压值是否稳定（SI）,2、固定输入电压（12V），过载（过流）保护的功能是否实现,3、满载条件下，改变输入电压（1030V），输出电压值（SV）,测试内容,BUCK变换器,开关电源实战,主讲：小石老师,通俗易懂、深入实践、进阶必备,
