高效寬輸入多分離電源軌的DC-DC轉換器設計與研究
發(fā)布時間：2022-01-04 02:29
電子產品小到智能手機、智能手環(huán)等低功率設備,大到無人機、平衡車等較大功率設備等變化日新月異,電源管理類芯片作為這些電子產品中必不可少的一部分,它的創(chuàng)新升級變的越來越重要。DC-DC轉換器作為電源芯片的重要組成部分,以高效率、帶載能力強、瞬態(tài)響應好等優(yōu)勢在當下的電子產品中獲得了廣泛應用,可以滿足消費者對產品的續(xù)航時間、帶載、穩(wěn)定性等各方面的要求,DC-DC轉換器開始逐漸占據主要市場。本文緊跟開關電源的發(fā)展趨勢與研究熱點,結合之前的一些研究成果設計了一款高效、寬輸入、集成多分離電源軌的降壓型DC-DC轉換器。近年來無人機等大功率產品發(fā)展迅速,傳統(tǒng)的低壓芯片輸入電壓范圍小,已無法滿足這類產品的對輸入電壓的要求,為了增大輸入電壓范圍本文提出多分離電源軌的設計方案,使得輸入電壓范圍可以達到3V-20V,芯片最大負載電流為8A,滿足了不同類型電子產品的應用需求。本文從DC-DC轉換器的三種基本拓撲結構出發(fā),分析了PWM和PFM兩種調制方式的原理,綜合兩種調制方式在不同應用環(huán)境下的優(yōu)缺點提出了PWM/PFM自動切換的控制結構,該結構根據負載大小選擇調制方式,可以降低功耗,提高芯片轉換效率;然后闡述內...
【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：77 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
正輸入正輸出Buck電路
將等式（2-6）代入到等式（2-3）中可以推出INonoffonOVtttV 2-7）可以看出，輸出電壓 Vo 永遠低于輸入電壓 VIN，因 DC-DC 轉換器。通過調整開關導通時間或者關斷時間就果儲能元件足夠大，儲存的能量足夠多，則電感電流一直式（CCM）；當電感較小、輸出電流低或者關斷時間太耗完后，電感電流上的電流降為 0，此時工作于非連續(xù)電流電流模式（CCM）C-DC 轉換器工作于 CCM 模式時，假設每周期 T 導通時通時電感電流上升量為onINOtLV V，關斷時電感電流下為儲能元件，不消耗能量，因此根據能量守恒原理，每周周期結束后，電感電流回到原來的值。CCM 模式下，降件電流、電壓波形圖如圖 2.2 所示：
圖 2.3 非連續(xù)電流模式下各元件波形圖模式不同的是，DCM 模式下輸入電壓與輸出電壓的出電流表達式為：TIttILMAXonoffO2( ) 輸出電壓關系式為：OININOLIDTVVV21 2/ -9）可以看出在輸入電壓、輸出電壓確定的情況下，電，若恰好在電感電流降為 0 時，下一時鐘周期到來電作于臨界模式（BCM），這種模式的分析方法與連續(xù)oost 轉換器壓）型 DC-DC 轉換器就是將輸入直流電壓轉變?yōu)橐粋�
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種帶曲率補償的低壓高PSRR帶隙基準源[J]. 鐘黎,王永祿,胡云斌,青旭東,秦少宏. 微電子學. 2018(01)
[2]雙向DC-DC變換器拓撲結構綜述[J]. 陳亞愛,梁新宇,周京華. 電氣自動化. 2017(06)
[3]一種快速響應負載變化的LDO設計及應用[J]. 梁超,劉海飛,劉靜,謝永宜. 中國集成電路. 2017(11)
[4]采用DC-DC模塊的無人機電源解決方案[J]. 劉旭亮. 電子產品世界. 2015(12)
[5]“天河二號”:重回超級計算機之巔[J]. 李白薇. 中國科技獎勵. 2013(11)
[6]基于平均化理論的PWM變流器電磁暫態(tài)快速仿真方法（一）:PWM變流器分段平均模型的建立[J]. 許寅,陳穎,陳來軍,任正某. 電力系統(tǒng)自動化. 2013(11)
[7]C312-1型大功率LDMOS功率管外殼[J]. 楊建,胡進,程凱,王子良,王佃利,丁曉明. 固體電子學研究與進展. 2011(03)
[8]電流源負載峰值電流控制buck變換器的復雜次諧波振蕩現象[J]. 周國華,許建平,包伯成,王金平,金艷艷. 物理學報. 2011(01)
[9]電流模降壓DC-DC內部補償研究[J]. 袁冰,來新泉,賈新章,葉強,王紅義. 固體電子學研究與進展. 2008(03)
[10]LDMOS低功耗自恢復電平移位電路設計[J]. 鄧蘭萍,王紀民. 半導體學報. 2005(10)
博士論文
[1]基于模擬與數字控制技術的電源管理芯片關鍵技術研究[D]. 邱建平.浙江大學 2013
碩士論文
[1]一種寬負載范圍高效率BUCK型DC-DC轉換器的研究[D]. 廖天澄.電子科技大學 2016
[2]基于CMOS工藝的高線性度低噪聲放大器研究[D]. 李霄.北京理工大學 2014
[3]一款Boost型有源功率因數校正控制器芯片的設計[D]. 馬曉輝.西安電子科技大學 2012
[4]一種電荷泵鎖相環(huán)頻率合成器的設計與研究[D]. 黃召軍.江南大學 2009
[5]PWM/PFM自動切換降壓DC-DC轉換器的分析與設計[D]. 譚春玲.東南大學 2006
本文編號：3567474
【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：77 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
正輸入正輸出Buck電路
將等式（2-6）代入到等式（2-3）中可以推出INonoffonOVtttV 2-7）可以看出，輸出電壓 Vo 永遠低于輸入電壓 VIN，因 DC-DC 轉換器。通過調整開關導通時間或者關斷時間就果儲能元件足夠大，儲存的能量足夠多，則電感電流一直式（CCM）；當電感較小、輸出電流低或者關斷時間太耗完后，電感電流上的電流降為 0，此時工作于非連續(xù)電流電流模式（CCM）C-DC 轉換器工作于 CCM 模式時，假設每周期 T 導通時通時電感電流上升量為onINOtLV V，關斷時電感電流下為儲能元件，不消耗能量，因此根據能量守恒原理，每周周期結束后，電感電流回到原來的值。CCM 模式下，降件電流、電壓波形圖如圖 2.2 所示：
圖 2.3 非連續(xù)電流模式下各元件波形圖模式不同的是，DCM 模式下輸入電壓與輸出電壓的出電流表達式為：TIttILMAXonoffO2( ) 輸出電壓關系式為：OININOLIDTVVV21 2/ -9）可以看出在輸入電壓、輸出電壓確定的情況下，電，若恰好在電感電流降為 0 時，下一時鐘周期到來電作于臨界模式（BCM），這種模式的分析方法與連續(xù)oost 轉換器壓）型 DC-DC 轉換器就是將輸入直流電壓轉變?yōu)橐粋�
【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種帶曲率補償的低壓高PSRR帶隙基準源[J]. 鐘黎,王永祿,胡云斌,青旭東,秦少宏. 微電子學. 2018(01)
[2]雙向DC-DC變換器拓撲結構綜述[J]. 陳亞愛,梁新宇,周京華. 電氣自動化. 2017(06)
[3]一種快速響應負載變化的LDO設計及應用[J]. 梁超,劉海飛,劉靜,謝永宜. 中國集成電路. 2017(11)
[4]采用DC-DC模塊的無人機電源解決方案[J]. 劉旭亮. 電子產品世界. 2015(12)
[5]“天河二號”:重回超級計算機之巔[J]. 李白薇. 中國科技獎勵. 2013(11)
[6]基于平均化理論的PWM變流器電磁暫態(tài)快速仿真方法（一）:PWM變流器分段平均模型的建立[J]. 許寅,陳穎,陳來軍,任正某. 電力系統(tǒng)自動化. 2013(11)
[7]C312-1型大功率LDMOS功率管外殼[J]. 楊建,胡進,程凱,王子良,王佃利,丁曉明. 固體電子學研究與進展. 2011(03)
[8]電流源負載峰值電流控制buck變換器的復雜次諧波振蕩現象[J]. 周國華,許建平,包伯成,王金平,金艷艷. 物理學報. 2011(01)
[9]電流模降壓DC-DC內部補償研究[J]. 袁冰,來新泉,賈新章,葉強,王紅義. 固體電子學研究與進展. 2008(03)
[10]LDMOS低功耗自恢復電平移位電路設計[J]. 鄧蘭萍,王紀民. 半導體學報. 2005(10)
博士論文
[1]基于模擬與數字控制技術的電源管理芯片關鍵技術研究[D]. 邱建平.浙江大學 2013
碩士論文
[1]一種寬負載范圍高效率BUCK型DC-DC轉換器的研究[D]. 廖天澄.電子科技大學 2016
[2]基于CMOS工藝的高線性度低噪聲放大器研究[D]. 李霄.北京理工大學 2014
[3]一款Boost型有源功率因數校正控制器芯片的設計[D]. 馬曉輝.西安電子科技大學 2012
[4]一種電荷泵鎖相環(huán)頻率合成器的設計與研究[D]. 黃召軍.江南大學 2009
[5]PWM/PFM自動切換降壓DC-DC轉換器的分析與設計[D]. 譚春玲.東南大學 2006
本文編號：3567474
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