【文章內(nèi)容簡介】 、 250 W、 300 W 及 400 W 為磚式結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)化的管腳對(duì)設(shè)計(jì)師和使用者都帶來了即插即用的便利，使設(shè)計(jì)師能夠方便地完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，利于電源升級(jí)。現(xiàn)在，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源產(chǎn)業(yè)的作用已越來越被重視，標(biāo)準(zhǔn)化可以縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的周期并降低成本，但目前多數(shù)國內(nèi)企業(yè)采用自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，按照自己的測(cè)試規(guī)范測(cè)試，各個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也存在著技術(shù)指標(biāo)落后，測(cè)試方法可操 作性差等問題，導(dǎo)致業(yè)界沒有統(tǒng)一、完善的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為了推動(dòng)模塊電源的技術(shù)進(jìn)步，提供國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制的依據(jù)，制定科學(xué)的國家標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。 論文結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容 第一章為緒論部分。 首先闡述了課題研究的背景和意義，然后在總結(jié)了當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對(duì)開關(guān)電源技術(shù)今后發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)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。 第二章介紹了 BUCK 變換器的電路結(jié)構(gòu)以及工作原理，然后對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)分析，包括連續(xù)導(dǎo)通模式和不連續(xù)導(dǎo)通模式的分析，以及兩者之間的轉(zhuǎn)換條件。最后介紹了變換器的控制原理， 包括 PFM 模式和 PWM 模式。 第三章在介紹了芯片典型應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了整體仿真驗(yàn)證。 第四 章是總結(jié)，主要對(duì)全文內(nèi)容進(jìn)行簡要 的 回顧 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 6 第二章 同步整流 BUCK變換器原理 本章首先介紹 BUCK 變換器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后分析 BUCK 變換器的控制原理和方法。 BUCK 變換器 主電路結(jié)構(gòu)和 工作原理 圖 所示為 BUCK 變換器基本結(jié)構(gòu)圖。它由一個(gè)開關(guān)管（ SWITCH MOSFET），一 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 7 個(gè)同步整流管（ RECTIFIER MOSFET）以及 LC 低通濾波 網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載 RL組成。 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。 LS W I T C H M O S F E TVOCRLR E C T I F I E R M O S F E TVI NC O N V E R T E R+ 圖 BUCK變換器 基本結(jié)構(gòu) 圖 為分析穩(wěn)態(tài)特性，簡化推導(dǎo)公式的過程，特作如下幾點(diǎn)假設(shè)： （ 1）開關(guān)晶體管、整流晶體管均是理想元件，也就是可以快速的導(dǎo)通 和 截止，而且導(dǎo)通時(shí)壓降為零，截止時(shí)漏電流為零。 （ 2）電感、電容是理想元件。電感工作在線性區(qū)而未飽和，寄生電阻為零，電容 的等效串聯(lián)電阻為零。 （ 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。 圖 中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通，整流管截止時(shí)，忽略開關(guān)管的導(dǎo)通壓降，電感 L 兩端的電位為 VIN和輸出電壓 VO，且近似保持不變，故電感電流線性增加，此時(shí)在電感中儲(chǔ)存能量。若電容 C 兩端的電壓比輸出電壓略低，則電源還須為電容充電，在電容中儲(chǔ)存一定的能量。此過程負(fù)載消耗的能量由電源提供。一旦開關(guān)管變?yōu)榻刂梗鞴軐?dǎo)通，電感 L中的磁場(chǎng)將改變其兩端的電壓極性，以保持其電流方向不變。忽略整流管上的壓降，電感 L 兩端的電位變?yōu)榱愫?VO 且近似不變，電感 L 中 的電流線性下降，其中儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載。同時(shí)，當(dāng) VO有所下降時(shí)，電容 C 也為負(fù)載 RL提供部分能量?？梢?，這一過程負(fù)載 RL消耗的能量由電感 L 和電容 C 提供?？傊?BUCK 變換器就是用電感 L 和電容C 作為儲(chǔ)能組件，將能量以離散的形式由輸入傳到輸出的。其中，控制芯片提供反饋控制以得到穩(wěn)定的輸出電壓。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 8 BUCK 變換器 穩(wěn)態(tài)分析 根據(jù) BUCK 變換器中流經(jīng)電感 L 的電流在每個(gè)周期是否降為零，可以將其工作模式區(qū)分為以下兩種：（ 1）連續(xù)導(dǎo)通模式（ ContinuousConduction Mode, CCM），（ 2）不連 續(xù)導(dǎo)通模式（ DiscontinuousConduction Mode, DCM） 。當(dāng)流過電感的電流不會(huì)降為零時(shí)，定義變換器工作于連續(xù)導(dǎo)通模式；而當(dāng)其電感電流將會(huì)降為零時(shí)，定義變換器工作于不連續(xù)導(dǎo)通模式，因?yàn)榇藭r(shí)流經(jīng)電感的電流不連續(xù)。 下面對(duì) BUCK 變換器穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行簡單的分析，上節(jié)中的假設(shè)在此仍然成立。 連續(xù)導(dǎo)通模式（ CCM） 假設(shè)變換器工作在連續(xù)導(dǎo)通模式，則在每個(gè)周期內(nèi)流經(jīng)電感的電流不會(huì)降為零，在一個(gè)開關(guān)周期，開關(guān)管經(jīng)歷導(dǎo)通和關(guān)斷兩個(gè)狀態(tài)。設(shè)功率管開關(guān)周期為 T，導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間分別為 ONT DT? 、 (1 )OFFT D T? ? , D 為導(dǎo)通時(shí)間占空比。 （ 1）功率開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)（ 0 ONtT?? ） VOI1RLC_+_+LVI NV2 圖 根據(jù)同步整流原理，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，調(diào)整管關(guān)斷。由上面所做的假設(shè)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。電感左右兩端的電位分別為 VIN和 VO，電感電流線性上升。則有 L I N OONIV V V LT?? ? ? ? （ 21） 故在開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)，電感電流增加為 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 9 I N OL O NVVITL? ?? ? ? （ 22） （ 2）功率開關(guān) 管截至狀態(tài) （ ONT t T?? ） VOI2RLC_+_+LVI N 圖 變換器開關(guān)管截至?xí)r等效電路圖 當(dāng) ONtT? 時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，整流管導(dǎo)通，等效電路如圖 所示。因?yàn)殡姼须娏鞑荒芡蛔?，所以電感兩端的電壓反向且保持恒定，在下一個(gè)周期開關(guān)管重新導(dǎo)通之前電感電流線性下降。電感把儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載。則在開關(guān)管關(guān)斷狀態(tài)，電感電流減量為 OL O F FVITL?? ? ? （ 23） 在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流的增量和減量必須相等，否則電感上會(huì)出現(xiàn)直流壓降，而電感的直流阻抗為很小，這會(huì)在電感上產(chǎn)生很大的電流，燒毀電感。即 L LII??? ?? （ 24） I N O OO N O F FV V VTTLL? ? ? ? （ 25） 上式中代入 ONT 和 OFFT 的表達(dá)式得到 OV 和 INV 的關(guān)系式為 O INV D V?? （ 26） 由此可知，通過調(diào)整占空比 D ，可以調(diào)整輸出電壓 OV 。 在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)， 電感都傳遞能量給濾波電容和負(fù)載，而濾波電容每個(gè)周期的平 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 10 均電流為零，其能量的變化量為零。故輸出負(fù)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(shí)的波形圖如圖 所示。 I2I1Δ ILIOVOTSTO NttttV2IL 圖 變換器工作在 CCM時(shí)的波形圖 不連續(xù)導(dǎo)通模式（ DCM） 對(duì)于變換器進(jìn)入到不連續(xù)模式的情形，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的工作過程基本沒有變化。而開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的工作狀態(tài)分為兩個(gè)階段：電感電流下降為零的階段和電感電流保持為零的階段。設(shè)電感電流上升時(shí)間，下降時(shí)間和保持為零的時(shí)間分別為 DT 、 2DT和 3DT，且 23 1D D D? ? ?。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的等效電路如 圖 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 11 I1I2V2_+VO+_LRLCVI N （ a） DCM模式下開關(guān)管關(guān)斷時(shí) 的 等效電路圖 (IL0) _+VO+_LRLCVI N (b) DCM模式下開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的等效電路圖 (IL=0) 圖 DCM模式下開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的等效電路圖 DCM 模式和 CCM 模式一樣，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感首先被充電，然后放電。不同的是，在 DCM 模式下開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電感電流由零線性增加到電感峰值電流 IPK，而開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電感電流由 IPK線性降低到零，且電 流的增量和電流的減量相等。 在單個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流的增量為 I N O I N OL O N P KV V V VI T D T ILL? ??? ? ? ? ? ? ? (28) 其中 IPK為電感電流最大值。 在單個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流的減量為 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)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(guān)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 ()Lav