【文章內(nèi)容簡介】 源的性能。輔助設計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，引導設計人員進行器件選擇，它包含完整的變壓器設計，使用多種拓撲方法來綜合電路，按成本或效率進行優(yōu)化，并輸出元件清單。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。它可以全面分析電源在穩(wěn)定狀態(tài)下的性能，可顯示要探測的任何節(jié)點處的波形，并用精確的方法來計算效率。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記的曲線圖，從而幫助設計人員掌握整個線路板在穩(wěn)定狀態(tài)條件下的熱量分布情況。 標準化工作模塊電源產(chǎn)品走勢日趨模塊化、標準化，并以積木式結構組成分布式供電系統(tǒng)，封裝式模塊電源則以國際工業(yè)標準半磚或磚式結構為主。50 W、75 W、100 W及150 W為半磚式結構，200 W、250 W、300 W及400 W為磚式結構。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?，F(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)容和結構安排。第二章介紹了BUCK變換器的電路結構以及工作原理，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，主要對全文內(nèi)容進行簡要的回顧。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變換器主電路結構和工作原理。它由一個開關管（SWITCH MOSFET），一個同步整流管（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，同步整流結構可以節(jié)約變換器成本和面積，提高轉換器效率。 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。，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，電感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)榱愫蚔O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。總之，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。 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、, 為導通時間占空比。（1）功率開關管導通狀態(tài)（）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。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） 故在開關管導通狀態(tài)，電感電流增加為 （22）（2）功率開關管截至狀態(tài)（） 變換器開關管截至時等效電路圖當時，開關管關斷，整流管導通。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 （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 （24） （25）上式中代入和的表達式得到和的關系式為 （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均電流為零，其能量的變化量為零。故輸出負載電流等于電感的平均電流，即 （27）。 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、和，且。 （a） DCM模式下開關管關斷時的等效電路圖(IL0) (b) DCM模式下開關管關斷時的等效電路圖(IL=0) 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 (28)