【文章內容簡介】 的影響。 （ 4） 靈敏度分析 靈敏度分析包括直流靈敏度分析和蒙特卡羅分析兩種。 直流靈敏度分析業(yè)稱為靈敏度分析。它是在工作點附近將所有的元件線性化后，計算各元器件參數值變化時對電路性能影響的敏感程度。通過對電路進行靈敏度分析，可以預先知道電 路中的各個元件對電路的性能影響的重要程度。對于那些對電路性能有重要影響的元件，要在電路的生產或元件的選擇時給予特別的關注。 （ 5）仿真步驟 1)放置所需元件（包括電源）； 2)連接導線； 3)設定要執(zhí)行的模擬內容； 4）設定 Probe； 5）執(zhí)行模擬。 6）利用 Probe 觀察模擬結果。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 9 頁第三章 DCDC 變換器基本原理 DCDC 轉換器系統(tǒng) boost 型 DCDC 轉換器 boost 型 DCDC轉換器是一種升壓型 DCDC 變換電路，輸出電壓大于輸入電壓。VT 的占空比 Dy必須小于 1。輸入電流連續(xù) [2]。 U i nLV TDU o 圖 1 boost型 DCDC轉換器 boost 變換器的參數計算與器件選擇：流過電感 L的電流最大值 sOOLiL Lf UDyDyIiII 2 )1(121m a x ??????? (1) 其中 iI 為輸入電流， OI 為負載電流， yD 為占空比， Sf 為開關頻率。 開關 管 VT 和續(xù)流二極管 D承受的最大電壓為 OU 。開關管 VT 和續(xù)流二極管 D的電壓定額為 ODVT UUU )3~2(?? (2) 開關管 VT 和續(xù)流二極管 D的電流定額為 m a x)2~( LDVT III ?? (3) 濾波電感的計算，由 syinL TDLUi ?? (4) 得濾波電感量為 Lsyin i TDUL ?? (5) 濾波電容的計算，如果輸出電壓脈動很小，則輸出脈動電壓由下式決定： sOyO CfIDU ?? (6) 濾波電容量為 OsOyUf IDC ?? (7) 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 10 頁 buck 型 DCDC 轉換器 buck 型 DCDC 轉換器是一種降壓型 DCDC 變換電路，輸出電壓小于或等于輸入電壓。輸入電流斷續(xù)。 V TDCLU i nU o 圖 2 buck型 DCDC轉換器 buck 變換器的參數計算與器件選擇：流過電感 L的電流最大值 ])1(21[21m a x SyLdLdL TDLRRUoiLIoI ?????? (8) 其中 LdR 為負載電阻， OI 為負載電流， yD 為占空比， ST 為開關周期。開關管 VT和續(xù)流二極管 D承受的最大電壓為 inU 。開關管 VT和續(xù)流二極管 D 的電壓定額為 inDVT UUU )3~2(?? (9) 開關管 VT 和續(xù)流二極管 VD 的電流定額為 m a x)2~( LDVT III ?? (10) 濾波電感的計算，由 Dy T sL DyUiDy T sL UUii nOnL )1( ????? (11) 得濾波電感量為 Lin i D yT sDyUL ??? )1( (12) 當 yD = 時， L最大。 濾波電容的計算，電容 C 在一個開關周期內的充電電荷為 fsiTsiQ LL 82221 ????? (13) 輸出脈動電壓為 28)1(syL C f UoDCQUo ????? (14) 濾波電容量為 UoLf UoDC s y??? 28 )1( (15) 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 11 頁 buck/boost 型 DCDC轉換器 Buck/Boost 型是一種升降壓型 DCDC 變換電路， 輸出電壓大于或小于輸入電壓。輸出電壓極性和輸入電壓極性相反。輸入電流斷續(xù) [3]。 U i nV TDLCU O 圖 3 buck/boost型轉換器 功率開關管 Vt 導通時，隔離二極管 D 因承受反向偏壓而關斷。輸入電源電壓 Uin 加在貯能電感 L 兩端，電感電流為 m inLinL ItLUI ?? (16) 功率開關管導通結束（ t=ton）時，流過電感中的電流達到最大值，即 m inm a x LoninL ItLUI ?? (17) 功率開關管關斷時，電感兩端產生反向電壓，即下端為正，上端為負。隔離二極管 D 因承受正向電壓而導通，忽略 D 的正向電壓降，電感兩端的電壓即為輸出電壓 Uo，即 dtdiLU LO ?? (18) 功率開關管關斷期間，電感 L 中的貯能 通過負載電阻 RL 和濾波電容 C 釋放，iL 由最大值開始下降： )(m a x to ntLUII OLL ??? (19) 當 VT 關斷結束（ t=ton+toff）時，電感電流下降到最小值，即 offOLL tLUII ?? m a xm in (20) 將電感電流的最小值 minLI 代入 maxLI 表達式中，可得 inyyinononino f fon UDDUtT tUttUo ????? 1 (21) 由上式可見，當占空比 yD 大于 時，輸出電壓高于輸入電壓；當占空比小于 時，輸出電壓低于輸入電壓，因此，該電路稱為升壓 /降壓型 DCDC 轉換器[4]。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 12 頁 電源控制技術 （ 1） PWM 控制 PWM 控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制來等效地獲得所需要波形 (含形狀和幅值 )。在采樣控制理論中有一條重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理。以正弦 PWM 控制為例。把正弦半波分成 N等分，就可把其看成是 N 個彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 N，但幅值不等且脈沖頂部不是水 平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積 (沖量 )相等，就得到 PWM 波形。各 PWM 脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據面積等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形?？梢姡玫降?PWM波形和期望得到的正弦波等效。 （ 2） PFM 控制 PFM 是一種脈沖調制技術，調制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化，其占空比不變 。由于調制信號通常為頻率變化的方波信號，因此， PFM 也叫做方波 FM， PWM是頻率的寬和窄的變化 ,PFM是頻率的有和無的變化 , PWM是利用波脈沖寬度控制輸出 ,PFM是利用脈沖的有無控制輸出 .其中 PWM 是目前應用在開關電源中最為廣泛的一種控制方式，它的特點是噪音低、滿負載時效率高且能工作在連續(xù)導電模式，現在市場上有多款性能好、價格低的 PWM 集成芯片，如 UCl842／ 2842／ 384 TDAl684 TL49SGl525／ 2525／ 3525 等； PFM 具有靜態(tài)功耗小的優(yōu)點，但它沒有限流的功能也不能工作于連 續(xù)導電方式，具有 PFM 功能的集成芯片有 MAX64 TL497 等； 其基本工作原理就是當輸出電壓 Vo 升高時，控制器輸出信號的脈沖寬度不變而周期變長，使占空比減小， Vo 降低。最近幾年 PFM 控制方式在開關電源中使用日益增多，具有以下優(yōu)點：在輕負載下效率很高，工作頻率高，頻率特性好，電壓調整率高。存在以下缺點：負載調整范圍窄，濾波成本高 [5]。 （ 3） PWM/PFM 控制 對于額定功率時工作在 PWM 模式的開關電源，也可以通過切換至 PFM 模式提高待機效率，即固定開通時間，調節(jié)關斷時間，負載越低，關斷時間越長，工作頻 率也越低。將待機信號加在其 PW/引腳上，在額定負載條件下，該引腳為高電平，電路工作在 PWM 模式，當負載低于某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在 PFM 模式。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 13 頁實現 PWM 和 PFM 的切換，也就提高了輕載和待機狀態(tài)時的電源效率。通過降低時鐘頻率和切換工作模式實現降低待機工作頻率，提高待機效率，可保持控制器一直在運作，在整個負載范圍中，輸出都能被妥善的調節(jié)。即使負載從零激增至滿負載的情況下，能夠快速反應，反之亦然。輸出電壓降和過沖值都保持在允許范圍內 [7]。 （ 4） PSM 控制 PSM 調制方式是開關電 源中一種新的控制方式，稱為脈沖跨周調制。將負載端反饋信號轉換為數字電平，在時鐘上升沿檢測該反饋信號電平決定是否在該時鐘周期內工作，調節(jié)開關管的導通時間，從而穩(wěn)定輸出電壓。其工作波為 圖 4 PSM工作波形 目前 PSM 控制方式已經用于開關電源，具有以下優(yōu)點：在負載較輕時率很高，工作頻率高，頻率特性好，功率管開關次數少，適用于小功率電源管理 IC。存在如下缺點：輸出紋波大，輸入電壓調整能力弱 [6]。 軟開關技術 開關分為軟開關和硬開關，其中硬開關的特點為：開關過程中電壓、電流均不為零，出現了重疊，有顯著的開關損耗。電壓和電流變化的速度很快，波形出現了明顯的過沖，從而產生了開關噪聲。如圖開關損耗與開關頻率之間呈線性關系，因此當硬電路的工作頻率不太高時，開關損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關頻率的提高，開關損耗就越來越顯著。硬開關電路及其導通與關斷過程波形圖如圖 5至圖 8所示 [7]。 畢業(yè)設計（論文）說明書 共 40 頁 第 14 頁 U iSV DLCR 圖 5 硬開關降壓型電路圖 圖 6 硬開關降壓型理想化波形 圖 7 硬開關關斷過程 t