隨著科技發(fā)展,開關(guān)電源芯片朝著小型化、數(shù)字化的方向發(fā)展,同時(shí)要求芯片有較大的帶載能力,快速的瞬態(tài)響應(yīng)以及較高的轉(zhuǎn)換效率。本文設(shè)計(jì)了一款多種調(diào)制模式、峰值電流反饋控制的Buck DC-DC轉(zhuǎn)換器,主要包括電壓控制環(huán)路和電流控制環(huán)路兩部分。本論文從Buck型開關(guān)電源的工作原理、整體架構(gòu)、小信號(hào)模型和電路幾個(gè)方面出發(fā),對(duì)Buck DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了深入研究。論文主要工作如下:①對(duì)Buck型開關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行小信號(hào)建模,結(jié)合開關(guān)網(wǎng)絡(luò)平均法分別推導(dǎo)出電壓環(huán)路和電流環(huán)路的傳遞函數(shù),然后用SIMPLIS軟件對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。②設(shè)計(jì)了三種工作模式,系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載自動(dòng)切換工作模式:重載下工作在PWM調(diào)制模式;超載下工作在限流模式,使系統(tǒng)在全負(fù)載范圍內(nèi)都有較高效率,超載下不會(huì)因?yàn)檫^大電流造成損壞。③采用了分段線性的斜坡補(bǔ)償方式,防止出現(xiàn)過補(bǔ)償,同時(shí)還集成了斜坡恢復(fù)功能,防止芯片在低降壓比的情況下帶載能力下降。④采用了同步整流技術(shù)降低了續(xù)流二極管的損耗,也為此設(shè)計(jì)了死區(qū)時(shí)間控制電路,防止系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)間的過沖電流。⑤設(shè)計(jì)了無需外接電容的軟啟動(dòng)電路,防止系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大的浪涌電流;系統(tǒng)的控制電路,功率管以及補(bǔ)償... 

【文章來源】：華僑大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

uck轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

華僑大學(xué)碩士學(xué)位論文10此時(shí)續(xù)流二極管正偏，使電流重新回到電感左側(cè)，形成回路。開關(guān)管由周期性的方波信號(hào)控制其導(dǎo)通與關(guān)斷，上述的兩種狀態(tài)會(huì)周期性的交替進(jìn)行，通過電感不斷地充電、放電，將電源電能穩(wěn)定的輸出到負(fù)載上。電容起到了濾波的作用，降低了輸出端的電壓紋波，是輸出電壓穩(wěn)定。當(dāng)該拓?fù)潆娐纺芊�(wěn)定工作時(shí)，必然滿足伏秒積原理，即導(dǎo)通期間的電感伏秒積與關(guān)斷期間伏秒積相等[24]，可得：()INOonOoffVVtVt（2.3）式（2.3）也可表示為：onOonoffINtVDttV（2.4）即可得到方波控制信號(hào)的占空比與輸入電壓，輸出電壓的關(guān)系。整個(gè)過程中，主要信號(hào)的電流和占空比波形如圖2.2所示。圖2.2uck轉(zhuǎn)換器主要電流波形電感電流的紋波即是開關(guān)管導(dǎo)通期間電流的增量，也可以是開關(guān)管關(guān)斷期間電流的下降量[25]，故可以表示為：onT+--ODINOINLoffTVVVVVIdttLL（2.5）2.2BuckDC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋環(huán)路控制方式uckDC-DC開關(guān)電源主要由功率級(jí)和反饋控制環(huán)路構(gòu)成，功率級(jí)主要包含功率開關(guān)管、續(xù)流二極管、儲(chǔ)能電感和濾波電容，其作用是把電源輸入的能量

第2章uckDC-DC轉(zhuǎn)換器的基本原理11傳輸?shù)截?fù)載端。反饋控制環(huán)路的主要作用通過采樣輸出信號(hào)如輸出電壓，輸出電流等作為反饋輸入，經(jīng)過一系列的控制電路控制功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定工作[26]。反饋控制環(huán)路的交流特性決定了這個(gè)開關(guān)電源系統(tǒng)的性能，比如輸出精度，穩(wěn)定性，負(fù)載調(diào)整率，線性調(diào)整率等。目前常見的控制方式主要有電壓反饋控制和電流反饋控制[27]，本節(jié)主要介紹這2種反饋控制模式的原理和具體結(jié)構(gòu)，再詳細(xì)分析和比較這2種反饋控制方式不同點(diǎn)，得出其各自的優(yōu)勢(shì)。2.2.1電壓控制模式傳統(tǒng)的uck型DC-DC開關(guān)電源主要用電壓反饋控制模式，其整體結(jié)構(gòu)框架如圖2.3所示：圖2.3電壓控制模式uck轉(zhuǎn)換器的整體框架電壓反饋控制環(huán)路主要由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，誤差放大器，PWM比較器和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其工作原理為輸出電壓信號(hào)經(jīng)過電阻分壓后輸入到誤差放大器的負(fù)輸入端，誤差放大器放大了該信號(hào)與參考電壓Vref的差值，其輸出信號(hào)Vea作為PWM比較器的輸入，與固定周期的鋸齒波Vsaw作比較，即可輸出一個(gè)由Vea控制的方波信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊后即可控制功率管的導(dǎo)通時(shí)長和關(guān)斷時(shí)長，當(dāng)輸出電壓Vo上升時(shí)，誤差放大器的輸出Vea下降，使方波信號(hào)的占空比減小從而降低輸出電壓；當(dāng)輸出電壓Vo下降時(shí)，Vea上升，增加方波信號(hào)的占空比從而提高輸出電壓。通過這樣的反饋就能得到穩(wěn)定的輸出電壓。電壓控制模式uck型開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，易于分析和建模仿真；由于只采樣輸出電壓信號(hào)，其抗干擾能力較強(qiáng)[28]。但其缺點(diǎn)也比較明顯，

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本文編號(hào)：3602952