【文章內(nèi)容簡介】 、 250 W、 300 W 及 400 W 為磚式結(jié)構。標準化的管腳對設計師和使用者都帶來了即插即用的便利，使設計師能夠方便地完成產(chǎn)品的設計，利于電源升級。現(xiàn)在，標準對電源產(chǎn)業(yè)的作用已越來越被重視，標準化可以縮短產(chǎn)品推向市場的周期并降低成本，但目前多數(shù)國內(nèi)企業(yè)采用自己的企業(yè)標準生產(chǎn)，按照自己的測試規(guī)范測試，各個行業(yè)標準也存在著技術指標落后，測試方法可操 作性差等問題，導致業(yè)界沒有統(tǒng)一、完善的設計、生產(chǎn)與檢測標準，為了推動模塊電源的技術進步，提供國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制的依據(jù)，制定科學的國家標準迫在眉睫。 論文結(jié)構和主要內(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)構安排。 第二章介紹了 BUCK 變換器的電路結(jié)構以及工作原理，然后對其進行了穩(wěn)態(tài)分析，包括連續(xù)導通模式和不連續(xù)導通模式的分析，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用電路的基礎上進行了整體仿真驗證。 第四 章是總結(jié)，主要對全文內(nèi)容進行簡要 的 回顧 。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 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)構和 工作原理 圖 所示為 BUCK 變換器基本結(jié)構圖。它由一個開關管（ SWITCH MOSFET），一 畢業(yè)設計（論文）報告紙 7 個同步整流管（ RECTIFIER MOSFET）以及 LC 低通濾波 網(wǎng)絡和負載 RL組成。 這是一種同步整流結(jié)構，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 圖 為分析穩(wěn)態(tài)特性，簡化推導公式的過程，特作如下幾點假設： （ 1）開關晶體管、整流晶體管均是理想元件，也就是可以快速的導通 和 截止，而且導通時壓降為零，截止時漏電流為零。 （ 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，當開關管導通，整流管截止時，忽略開關管的導通壓降，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，此時在電感中儲存能量。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，在電容中儲存一定的能量。此過程負載消耗的能量由電源提供。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。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，其中儲存的能量提供給負載。同時，當 VO有所下降時，電容 C 也為負載 RL提供部分能量。可見，這一過程負載 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)設計（論文）報告紙 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)導通模式（ ContinuousConduction Mode, CCM），（ 2）不連 續(xù)導通模式（ DiscontinuousConduction Mode, DCM） 。當流過電感的電流不會降為零時，定義變換器工作于連續(xù)導通模式；而當其電感電流將會降為零時，定義變換器工作于不連續(xù)導通模式，因為此時流經(jīng)電感的電流不連續(xù)。 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。 連續(xù)導通模式（ CCM） 假設變換器工作在連續(xù)導通模式，則在每個周期內(nèi)流經(jīng)電感的電流不會降為零，在一個開關周期，開關管經(jīng)歷導通和關斷兩個狀態(tài)。設功率管開關周期為 T，導通時間和關斷時間分別為 ONT DT? 、 (1 )OFFT D T? ? , D 為導通時間占空比。 （ 1）功率開關管導通狀態(tài)（ 0 ONtT?? ） VOI1RLC_+_+LVI NV2 圖 根據(jù)同步整流原理，開關管導通時，調(diào)整管關斷。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） 故在開關管導通狀態(tài)，電感電流增加為 畢業(yè)設計（論文）報告紙 9 I N OL O NVVITL? ?? ? ? （ 22） （ 2）功率開關 管截至狀態(tài) （ ONT t T?? ） VOI2RLC_+_+LVI N 圖 變換器開關管截至時等效電路圖 當 ONtT? 時，開關管關斷，整流管導通，等效電路如圖 所示。因為電感電流不能突變，所以電感兩端的電壓反向且保持恒定，在下一個周期開關管重新導通之前電感電流線性下降。電感把儲存的能量提供給負載。則在開關管關斷狀態(tài)，電感電流減量為 OL O F FVITL?? ? ? （ 23） 在一個開關周期內(nèi)，電感電流的增量和減量必須相等，否則電感上會出現(xiàn)直流壓降，而電感的直流阻抗為很小，這會在電感上產(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 的表達式得到 OV 和 INV 的關系式為 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 。 在整個開關周期內(nèi)， 電感都傳遞能量給濾波電容和負載，而濾波電容每個周期的平 畢業(yè)設計（論文）報告紙 10 均電流為零，其能量的變化量為零。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。 I2I1Δ ILIOVOTSTO NttttV2IL 圖 變換器工作在 CCM時的波形圖 不連續(xù)導通模式（ DCM） 對于變換器進入到不連續(xù)模式的情形，開關管導通時的工作過程基本沒有變化。而開關管關斷時的工作狀態(tài)分為兩個階段：電感電流下降為零的階段和電感電流保持為零的階段。設電感電流上升時間，下降時間和保持為零的時間分別為 DT 、 2DT和 3DT，且 23 1D D D? ? ?。開關管關斷時的等效電路如 圖 所示。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 11 I1I2V2_+VO+_LRLCVI N （ a） DCM模式下開關管關斷時 的 等效電路圖 (IL0) _+VO+_LRLCVI N (b) DCM模式下開關管關斷時的等效電路圖 (IL=0) 圖 DCM模式下開關管關斷時的等效電路圖 DCM 模式和 CCM 模式一樣，在一個開關周期內(nèi)電感首先被充電，然后放電。不同的是，在 DCM 模式下開關管導通時電感電流由零線性增加到電感峰值電流 IPK，而開關管關斷時電感電流由 IPK線性降低到零，且電 流的增量和電流的減量相等。 在單個開關周期內(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 ()Lav