【毕业设计】高频同步整流BUCK变换器的设计与仿真()

软开关技术脉宽调制开关电源按硬开关模式工作，开关过程中，开关器件的电压和电流波形有交叠，因而引起较大的开关损耗。

开关电源高频化可以缩小体积重量，但频率越高，开关损耗就越大。

为此必须研究开关电压和电流波形不交叠的技术，即所谓的零电压开关和零电流开关技术，或称为软开关技术相对于硬开关技术而言。

年月，电力电子学会组织会议曾经指出，高功率密度零电压开关变换器和开关器件性能无源元件性能以及封装技术都有很大关系，并预测在不久的将来，在保证可靠性增加倍的基础上，功率变换器成本将降低半，功率密度可提高倍。

现在，达到这目标的开关变换器产品已经出现。

同步整流技术对于低电压大电流输出的软开关变换器，进步提高其效率的措施是设法降低开毕业设计论文报告纸关的通态损耗。

例如同步整流技术，即以功率管反接作为整流用开关二极管，代替肖特基二极管，可降低管压降，从而提高电路效率。

在低电压大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗突出。

快恢复二极管或超快恢复二极管可达，即使采用低压降的肖特基二极管，也会产生大约的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。

举例说明，目前笔记本电脑普遍采用甚至或的供电电压，所消耗的电流可达。

此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的。

即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到输出功率，占电源总损耗的以上。

因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约变换器提高效率的瓶颈。

同步整流采用通态电阻极低的专用功率，来取代整流二极管，并通过控制功率的驱动电路，实现整流功能。

由于功率的导通电阻很低，能提高电源效率。

般驱动频率固定，可达以上，门极驱动可以采用交叉耦合或外加驱动信号配合死区时间控制实现。

电压调节模块电压调节器模块是类低电压大电流输出变换器模块，其主要作用是向微处理器提供稳定的电源，同时也对电脑启动时电压的变化情况和时序作出了明确的要求。

根据标准制定的电源电路能够满足不同的要求，减少人工干预的复杂性，简化了稳压电路的电压控制设计。

电源规范基本上是随着处理器的发展而发展的，早期遵循电源规范，核心的及则开始遵循标准。

在推出核心时引入了标准，而下代核心则需要标准来支持。

这里可以看出版本的不同，也意味着主板可以为不同的提供其工作电压。

早期的是从的直流母线直接供电。

最近的些台式计算机工作站和服务器已经把输入作为供电电压，在些笔记本电脑上已经直接把输入变换到输出。

可以预测不久的将来，计算机会把输入母线电压提高到。

开关电源技术发展趋势毕业设计论文报告纸高效率如今通信产品日趋小型化，必然要求模块电源减小体积提高功率密度，而提高效率是与之相辅相成的。

目前的新型转换及封装技术可使电源的功率密度达到，比传统的电源功率密度增大不止倍，效率可超过。

之所以能达到这些指标，应归功于微电子技术的发展使大量高性能的新型器件涌现出来，从而使损耗降低。

较典型的是高性能的金属氧化物半导体场效应晶体管，其在同步整流器中取代了传统设计中使用的二极管，使压降由降到功率制造商正在开发导通电阻越来越小的器件，其导通电阻已由降到高度的硅晶片集成使元件数目减少以上，结构紧密相对于分立元件的布局减小了杂散电感和连线电阻。

高效率可使功耗相对减少，工作温度降低，所需的输入功率减少，也提高了功率密度。

低压大电流随着微处理器工作电压的下降，模块电源输出电压亦从以前的降到了现在的甚至，业界预测，电源输出电压还将降到以下。

与此同时，集成电路所需的电流增加，要求电源提供较大的负载输出能力。

对于的模块电源，有效负相当于，传统技术难以胜任如此高难度的设计要求。

在负载的情况下，通往负载路径上的每电阻都会使效率下降，印制电路板的导线电阻电感器的串联电阻的导通电阻及的管芯接线等对效率都有影响。

新技术的发展能把对电路整体布局至关重要的功率半导体和无源元件集成在起，构成功能完善的基本模块，降低了通往负载路径上的电阻，从而降低了功耗并缩小了尺寸。

利用基本模块组合起来的多相设计技术逐步得到推广。

由于每相输出电流减小，可以采用较小的功率和较小的电感器和电容器，这样也简化了设计。

市场上已出现的基本功率模块封装只有大小，开关频率，级联多个模块和相关元件，可获得大于的工作电流，与其它采用分立式元件的电路相比，其效率提高了，功率损耗降低，器件尺寸缩小左右。

智能化设计在当今的通信系统中，直流电压对较小，使用较简单的低通滤波器就可以大幅度减小输出电压纹波。

脉冲频率调制脉冲频率调制是将脉冲宽度固定，通过改变开关频率来调节占空比。

在电路设计上要用固定脉宽发生器来代替调制中的锯齿波发生器，并利用电压频率转换器如压控振荡器改变频率。

模式同样分为电压型和电流型。

同模式相似，电压型模式只对输出电压采样，是单环控制系统电流型模式是在电压控制基础上，增加电流负反馈环节，使其成为双环控制系统，从而提高电源的性能。

电压型模式图给出电压型模式的变换器原理图。

它的原理是采样电压加毕业设计论文报告纸在比较器的负输入端，当输出电压低于参考电压，比较器输出高电平。

该高电平允许振荡器输出的方波经触发器驱动功率开关管。

若输出电压高于参考电压时，比较器输出低电平，使触发器闭锁，从而振荡器输出的方波不能通过触发器，功率管处于断开状态。

这样，控制输出信号的脉冲宽度不变而开关周期变长，使占空比减小，从而起到稳压的作用。

这里利用了等效频率的概念。

在开关管关断期间，负载靠电感和电容的供电，因此，模式只适用于轻负载。

图电压型模式变换器原理图电流模式的调制图给出了电流型模式变换器原理图。

电路由两个反馈环路构成，个是通过采样输出电压监视输出电压的环路另个是过流保护环路。

第个环路的原理与电压模式相同，采样电压与参考电压由电压比较器比较，其输出控制逻辑电路。

第二个环路具有电流限制功能。

它通过采样开关管上的压降将电感电流信号转化成电压信号与参考电压进行比较，以控制电感电流峰值。

当电感电流过高时，环路执行电流限制，缩短开关管的导通时间，使电流下降。

正常工作时，电路中的两个单稳态触发器最大开通时间控制和最小关断时间控制交替触发，产生脉冲信号。

脉冲信号输入到驱动逻辑以控制开关管和整流管的通断，保持输出电压稳定。

毕业设计论文报告纸图电流型模式变换器原理图模式的输出电压调节范围很宽，在输出电压较高时，其工作频率会自动改变。

在负载较轻或者空载情况下，模式的芯片功耗较低，效率较高。

它的输出电压精度主要取决于内部电压比较器的精度和参考电压的精度。

第三章降压型开关电源芯片的仿真研究开关电源以其诸多优点得到了广泛的应用。

是公司推出的功能强大的开关电源设计及仿真软件，本章介绍基于Ⅳ对电源主控芯片进行的仿真研究。

特点及典型应用电路电源主控芯片为凌力尔特公司推出的纤巧毕业设计论文报告纸封装宽输入电压范围同步降压型开关控制器，该器件能驱动所有沟道功率级。

至的输入范围满足多种应用需求，包括大多数中间总线电压和电池化学组成。

强大的片上栅极驱动器使大功率外部能够用范围为至的输出电压产生高达的输出电流。

这使非常适用于数据通信电信工业汽车医疗和多功能打印机应用中的负载点调节需求。

恒定频率电流模式架构提供固定的工作频率。

具有个片上稳压器，从而无需的偏置电压为该芯片供电。

补偿允许瞬态响应在宽输出电容和值范围内得到优化，包括全陶瓷电容器设计。

输出电流检测测量输出电感器或个可选检测电阻两端的压降。

在短路和过载情况下，电流折返限制了热耗散。

此外，具有可调软启动，以控制接通时间并控制浪涌电流。

可选连续或断续电感器电流模式可用来安全地为预偏置负载供电。

防贯通保护防止功率中的贯通电流。

以高达的占空比工作，具有非常低的压差电压，以延长电池供电应用的运行时间。

具有个精确的基准，在至的工作温度范围内具有的准确度。

典型应用电路如图所示。

图典型应用电路仿真及结果分析设置仿真参数负载电阻开关管采用毕业设计论文报告纸型功率，整流管采用型功率，工作频率为，仿真时间为，对图中典型电路进行仿真，得到输出电压，控制信号占空比为，如图所示。

比较图中输入电压与输出电压值关系，得到，满足。

输出电压波形毕业设计论文报告纸控制信号波形图输出电压与控制信号波形保持仿真参数不变，观测电感电流负载电流及控制信号波形，波形结果如图所示。

图中方波为开关控制信号波形三角波为电感电流波形。

从图中可以看出，导通时，输入电源向电感充入电流关断时，电感中的能量转换输出。

并且，输出电流与电感电流值满足的关系。

图电感电流负载电流及控制信号波形图毕业设计论文报告纸第四章结语近年来，开关变换器以其转换效率高稳压范围宽功率密度比大重量轻等优点，广泛应用于电子产品中。

开关变换器的总体发展趋势为高效率低压大电流智能化设计标准化工作等。

本文研究了型变换器的主电路结构及工作原理，分析了其稳态及主要控制模式，并对芯片进行了仿真验证。

通过本次课题的研究与实践，使我得到了进步的锻炼，加深了开关电源方面的知识。

由于本人水平及经验的限制，本次设计还有很多不到位的地方，值得我在今后的学习研究中去完善，主要有以下几个方面研究变换器的其它拓扑结构，并将各种拓扑结构的性能特点做比较。

针对小功率模块在高开关频率工作条件下如何降低开关损耗提高效率的问题进行研究，并设计同步整流变换器芯片。

进步提高软件的应用水平，为仿真与设计更多电源芯片打下良好的基础。

毕业设计论文报告纸参考文献何宏，魏克新，王红军，等开关电源电磁兼容性第版，北京国防工业出版社，丘涛文开关电源的发展及技术趋势电力标准化与技术经济，闫永亮浅论开关电源技术的发展趋势中国科技信息张占松，蔡宜三开关电源的原理与设计北京电子工业出版社，王增福，李昶，魏永明，等电力电子软开关技术及实用电路第版，北京电子工业出版社，沙占友，王彦朋，于鹏同步整流技术及其在变换器中的应用河北科技大学电子工程技术报告，河北河北科技大学，黄祺壬混合线性与切换控制之电压调变模组控制器设计台湾中山大学，梁小国，危建，阮新波，等输入电压调节模块的现状及未来电力电子技术，吴