1 Buck主電路設計

　?、?整流部分

　　整流單元如圖2，根據系統要求，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為整流后進行濾波，如果電容值過大，寄生功率電感電阻過大，會造成不必要的能量損貼片電感生產廠耗，而且在上電瞬間，會造成整流橋瞬間沖擊電流過大。

　　本次設計采用為耐壓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、發熱低、較實用，所選器件符合本設計的要求。

　　② 降壓部分

　　降壓電路如圖3所示。

　　圖3 Buck降壓單元

　　根據系統要求，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，參數滿足實驗要求。

　　Vref為直流電壓輸入，R0、C0為無感阻容吸收部分，以吸收IGBT關斷瞬間儲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。各參數具體選取如下：

　　A 無感電容C0、電阻R0的計算

　　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。

　　實際實驗中，經過不同RC的匹配，最一體電感生產商終選擇電阻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輸出，分壓支路電流應盡可能的小，分壓電阻盡量大，但考慮到電阻越大，內部噪聲也越大，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

　　輸出電感的量值對于在開關關斷時維持到負載的電流十分關鍵。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，從而向負載輸出電流，這個最小電感值是需要確定的一個量值。

　　下式為一經驗公式，用于確定一個連續Buck變換器所需的臨界電感值。

　　其中，f為IGBT的開關頻率（10～20kHz），D為占空比，IO為輸出電流（5～10A）。可計算得LC=2.5～5.0mH，本設計取5.0mH。

　　輸出Vdc=50V，Imax=10A，Rs采樣輸出電壓，通過線性光耦，由DSP進行PID運算調節輸出PWM信號，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，升壓型的產品因為針對負載電流而斷續地流入電流，與降壓型產品相比需要更大的電容值。在輸出電壓較高以及負載電流較大的情況下，由于紋波電壓會變大，因此根據各自的情況而選用相應的電容值，推薦使用2000μF以上電容器。

　　為了獲得穩定的輸出電壓，最好選用等效串聯電阻（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異的鉭電解電容器或有機半導體電容器，而且采用小容值電容與大電容（耐壓等級相同）并聯可起到消除高次諧波與降低等效串聯電容的作用。

　　本次設計中，設定IGBT開關頻率為f=10kHz，電感L=5.0mH，E2=2000μF/400V，鉭電解電容器。