【正文】 er density to meet such a stringent requirement. The article introduces the status of switching power converters and its development trend, then shows the circuit of BUCK converters, and then analyzes its working principle and control theory. Finally, the simulation of the BUCK chip was carried out. This section firstly introduces the performance characteristics of the selected chip and its classic circuit, then shows the results of the simulation. Key Words： Switching power supply。 因 為 開關電源具有體積小、重量輕以及 功率密度和輸出效率高等 諸多 優(yōu)點 ， 己 經(jīng) 逐漸取代 了 傳統(tǒng)的線性電源， 隨之成為電源芯片中的主流產(chǎn)品。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 編號 XXXX大學 畢業(yè) 設計 題 目 高頻同步整流 BUCK變換器的設計與仿真 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： XX 大學 本科 畢業(yè)設計（論文） 誠信承諾書 本 人 鄭 重 聲 明 ： 所 呈 交 的 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）（ 題目： ）是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。 隨著開關電源技術 應用領域的擴大， 對開關電源的要求也日益提高，高效率、高可靠性以及 高功率密度 成為趨勢 ， 這 就 對開關電源芯片設計提出了新的挑戰(zhàn)。 BUCK converter。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。又因為調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間 需 承受較大的電壓差，導致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有 45 %左右 [1]。 20 世紀 80 年代，計算機全面實現(xiàn)開關電源化，率先完成計算機的電源換代。 開關電源技術于 20 世紀 80 年代引入我國，隨著計算機、通訊、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展 ,我國開關電源市場不斷增長，開關電源控制器芯片的研究已成為國內(nèi)功率電子學領域中頗受關注的熱點。 開關電源技術研究現(xiàn)狀 半導體功率器件 開關電源變換器最早出現(xiàn)在二十世紀五十年代，只有到了七十年代，隨著現(xiàn)代功率半導體器件發(fā)展及其穩(wěn)定性提高，開關電源變換器才得以廣泛應用。 如其開發(fā)的一種 HEXFET 場效應管，其溝槽 (Trench)原胞密度已達每平方英寸 億個的世界最高水平，通態(tài)電阻 R可達 3 mΩ。 軟開關技術 脈寬調(diào)制（ PWM）開關電源按硬開關模式工作，開關過程中，開關器件的電壓和電流波形有交疊，因而引起較大的開關損耗?，F(xiàn)在， 達到這一目標 的開關變換器產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn) ?？旎謴投O管（ FRD）或超快恢復二極 管（ SRD）可達 V～ V，即使采用低壓降的肖特基二極管（ SBD），也會產(chǎn)生大約 V的壓降，這就導致整流損耗增大，電源效率降低。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實現(xiàn)低電壓、大電流開關電源高效率及小體積的需要， 成為制約 DC/DC 變換器提高效率的瓶頸。 電壓調(diào)節(jié)模塊 電壓調(diào)節(jié)器模塊 (VRM)是一類低電壓、大電流輸出 DCDC 變換器模塊，其主要作用是向微處理器提供穩(wěn)定的電源，同時也對電腦啟動時電壓的變化情況 和時序作出了明確的要求。這里可以看出 VRM 版本的不同，也意味著主板可 以為不同的 CPU提供其工作電壓 [9]。 開關電源技術發(fā)展趨勢 畢業(yè)設計（論文）報告紙 4 高效率 如今通信產(chǎn)品日趨小型化，必然要求模塊電源減小體積、提高功率密度，而提高效率是與之相輔相成的。高效率可使功耗相對減少，工作溫度降低，所需的輸入功率減少，也提高了功率密度 [14]。在 10 mΩ 負載的情況下，通往負載路徑上的每 mΩ 電阻都會使效率下降 10 %，印制電路板 的導線電阻、電感器的串聯(lián)電阻、 MOSFET 的導通電阻及 MOSFET 的管芯接線等對效率都有影響。市場上已出現(xiàn)的基本功率模塊封裝只有 11 mm11 mm 大小，開關頻率 1 MHz，級聯(lián)多個模塊和相關元件，可獲得大于100 A 的工作電流，與其它采用分立式元件的電路相比，其效率提高了 6 %，功率損耗降低 25 %，器件尺寸縮小 50 %左右。軟件的另一個功能是通過仿真的方法評估模塊電源的性能。 50 W、 75 W、 100 W 及 150 W 為半磚式結(jié)構(gòu)， 200 W、 250 W、 300 W 及 400 W 為磚式結(jié)構(gòu)。 首先闡述了課題研究的背景和意義，然后在總結(jié)了當前技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上對開關電源技術今后發(fā)展的趨勢進行了展望，最后簡要交代了本論文的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。 第四 章是總結(jié)，主要對全文內(nèi)容進行簡要 的 回顧 。 這是一種同步整流結(jié)構(gòu)，即整流管采用由控制電路控制的功率 MOSFET 替代外部整流二極管，同步整流結(jié)構(gòu)可以節(jié)約變換器成本和面積，提高轉(zhuǎn)換器效率。 （ 3）輸出電壓中的紋波電壓與輸出電壓的比值小到允許忽略。一旦開關管變?yōu)榻刂?，整流管導通，電?L中的磁場將改變其兩端的電壓極性，以保持其電流方向不變?？傊?BUCK 變換器就是用電感 L 和電容C 作為儲能組件，將能量以離散的形式由輸入傳到輸出的。 下面對 BUCK 變換器穩(wěn)態(tài)特性進行簡單的分析，上節(jié)中的假設在此仍然成立。由上面所做的假設條件可知，電源電壓 VIN直接加在電感 L 的一端，而調(diào)整管所在的支路斷開，等效電路如 圖 所示。電感把儲存的能量提供給負載。故輸出負載電流 OI 等于電感的平均電流 ()LavgI ，即 ()O L avgII? （ 27） BUCK 變換器工作在 CCM 時的波形圖如圖 所示。開關管關斷時的等效電路如 圖 所示。 在單個開關周期內(nèi)，電感電流的減量為 畢業(yè)設計（論文）報告紙 12 2OOL O F FVVI T D TLL?? ? ? ? ? ? （ 29） 由 LLII??? ?? ，可以得到 2I N O OV V VD T D TLL? ? ? ? ? ? （ 210） 故輸入電壓 INV 與輸出電壓 OV 的關系可表示為 1 2ONO I N O N O F FT DV V VT T D D? ? ? ??? （ 211） 重寫（ 27）式所示的輸出電流 OI 與電感平均電流 ()LavgI 關系式并推導電感電流平均值得到 2() 2O PKO L a v g V I D T D TII RT ? ? ?? ? ? ? （ 212） 在上式中代入 IPK的表達式（ 28），得 12( ) ( )2OOOV DTI V V D DRL ?? ? ? ? ? ?? (213) 聯(lián)立式（ 211）和（ 213），消去 D2，得到輸出電壓和輸入電壓關于占空比 D 的表達式如下 122411OVV KD?? ??? （ 214） 其中 2LK RT? BUCK 變換器工作在 DCM 時的波 形圖如下圖所示。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 14 D3TSD TSIOTStILΔ ILD2TS 圖 CCM和 DCM模式的臨界狀態(tài) 對于連續(xù)導通模式下，單個開關周期內(nèi)電感的平均電流 ，其中 I? 為電感電流紋波大小。無論是改變開關導通時間 (TON)還是開關周期 (TS)，最終調(diào)節(jié)的都是脈沖占空比。兩種方式都是利用反饋原理以得到穩(wěn)定的輸出。受功率開關最小導通時間的限制，對輸出電源不能做 寬范圍的調(diào)節(jié)；另外輸出端一般要接假負載，以防止空載時輸出高電壓。圖中輸出電壓的采樣信號 VFB與帶隙參考分壓后的參考電壓 VREF比較，差值經(jīng)誤差放大器放大，得 到誤差信號 VEA，它與鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波信號由 PWM 比較器比較，輸出一系列占空比變化的脈沖，控制開關管的通斷時間以得到穩(wěn)定的輸出電壓。 VORLCR E C T I F I E RM O S F E TLS W I T C H M O S F E TVI NVE AR 2R 1VO U TVF BVR E FP W M_+E A M P_+B A N D G A PV O L T A G ER E F E R E N C ER A M PG E N E R A T O RD R I V E RL O G I C 圖 電壓型 PWM模式 BUCK變換器原理圖 （ 2）電流型 PWM 模式 畢業(yè)設計（論文）報告紙 16 圖 給出一個典 型的電流型 PWM 模式的 BUCK 變換器的控制電路，分為電流環(huán)路（交流環(huán)路）和電壓環(huán)路（直流環(huán)路）。由于電流型 PWM 模式