【文章內(nèi)容簡介】 源的性能。輔助設(shè)計(jì)軟件可使用多種參數(shù)定制電源，包括輸入及輸出電壓范圍、最大輸出電流等，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行器件選擇，它包含完整的變壓器設(shè)計(jì)，使用多種拓?fù)浞椒▉砭C合電路，按成本或效率進(jìn)行優(yōu)化，并輸出元件清單。軟件的另一個(gè)功能是通過仿真的方法評(píng)估模塊電源的性能。它可以全面分析電源在穩(wěn)定狀態(tài)下的性能，可顯示要探測(cè)的任何節(jié)點(diǎn)處的波形，并用精確的方法來計(jì)算效率。另外熱分析可根據(jù)線路板定位、邊緣溫度和氣流的方向及速度等環(huán)境參數(shù)給出一幅用不同顏色標(biāo)記的曲線圖，從而幫助設(shè)計(jì)人員掌握整個(gè)線路板在穩(wěn)定狀態(tài)條件下的熱量分布情況。 標(biāo)準(zhǔn)化工作模塊電源產(chǎn)品走勢(shì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，并以積木式結(jié)構(gòu)組成分布式供電系統(tǒng)，封裝式模塊電源則以國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)半磚或磚式結(jié)構(gòu)為主。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)。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)?，F(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。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。它由一個(gè)開關(guān)管（SWITCH MOSFET），一個(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。 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。，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?，整流管?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)榱愫蚔O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。總之，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。 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、, 為導(dǎo)通時(shí)間占空比。（1）功率開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)（）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。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 （21） 故在開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)，電感電流增加為 （22）（2）功率開關(guān)管截至狀態(tài)（） 變換器開關(guān)管截至?xí)r等效電路圖當(dāng)時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，整流管導(dǎo)通。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 （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 （24） （25）上式中代入和的表達(dá)式得到和的關(guān)系式為 （26）由此可知，通過調(diào)整占空比，可以調(diào)整輸出電壓。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)周期的平均電流為零，其能量的變化量為零。故輸出負(fù)載電流等于電感的平均電流，即 （27）。 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、和，且。 （a） DCM模式下開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的等效電路圖(IL0) (b) DCM模式下開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的等效電路圖(IL=0) 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 (28)