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开关电源技术

作　者: 岑远军
导　师: 李平；崔自中
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: DC-DC转换器 PFM PWM PFM/PWM
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电力电子技术的不断发展,要求开关电源有更高的频率、更高的功率密度、更高的效率、更高的功率因数和更高的可靠性,同时还要求其电路相对简洁,并有较小的体积,这样才更具实用性。为了达到这些要求,人们己在功率半导体器件选择、拓扑结构研究、控制电路改进以及器件的排列布局等方面进行了不懈地努力,并取得了许多成果。然而,这些电路的设计过程只是设计者凭借自己的设计经验作的一种初步的优选,得到的也只是一个较优解,而不是最优解。高效率DC-DC转换器可以延长手持装置用电池寿命,减小了对封装散热的要求。本文结合工程项目设计了一种高效率DC-DC转换器。从DC-DC转换器的降压型拓扑结构出发,对转换器的两种控制方式PWM和PFM,作了详细的阐述和探讨。分析两种控制方式的优缺点和改进措施,并给出相应的解决方案。本文DC-DC转换器采用优于PFM和PWM的PFM/PWM混合控制方式,实现了输出电压为12V,负载从0.25A~3A范围内效率为85%以上的要求。对DC-DC转换器的系统架构和内部关键电路的设计进行详细的描述。本论文提出的电流型降压转换器,其原理主要是利用侦测到的电感上的电流变化来加速因为负载改变时的响应时间,根据负反馈的电路原理把输出电压控制在预期的值而不受到负载电流变化的影响。相对于电压模式的转换方式,电流型转换模式具有良好的负载调节度、线性调节度以及较快的响应时间。而切换式转换器本身转换效率很高,因此适用于便携式的电子产品中。对关键电路进行了Spectre模拟验证,根据工作模式选择合适的外部元件对系统进行模拟,并给出模拟结果和结果分析。模拟结果证明该转换器满足了不同负载下高效率的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-14
  1.1 背景  9-10
  1.2 DC-DC 转换器  10-13
  1.3 主要工作及论文体系结构  13-14
第二章 DC-DC 转换器原理  14-27
  2.1 开关调节器的简单介绍  14-17
    2.1.1 降压转换器  14-15
    2.1.2 升压转换器  15-16
    2.1.3 升降压转换器  16-17
  2.2 PWM 工作模式  17-21
    2.2.1 工作原理  17-19
    2.2.2 输出滤波设计  19-21
  2.3 PFM 工作模式  21-26
    2.3.1 工作原理  21-25
    2.3.2 输出滤波的设计  25-26
  2.4 混合控制模式PFM/PWM  26-27
第三章高效率DC-DC 转换器的设计  27-45
  3.1 系统结构设计  27-30
    3.1.1 PWM 工作模式  29-30
    3.1.2 PFM 工作模式  30
    3.1.3 低静态电流关断模式  30
  3.2 关键电路的设计  30-45
    3.2.1 误差放大器  30-35
    3.2.2 启动电路  35-38
    3.2.3 内部电压基准  38-39
    3.2.4 限流比较器  39-41
    3.2.5 锁存器以及控制模块  41-42
    3.2.6 150 KHz 的振荡器  42-43
    3.2.7 比较器电路  43-45
第四章关键电路验证以及系统仿真  45-58
  4.1 关键电路的模拟结果  45-52
    4.1.1 误差放大器  45-46
    4.1.2 启动电路  46-48
    4.1.3 基准源  48
    4.1.4 限流比较器  48-50
    4.1.5 比较器  50-52
  4.2 系统的模拟结果  52-56
    4.2.1 PWM 工作情况  53
    4.2.2 PFM 工作情况  53-55
    4.2.3 转换效率  55-56
  4.3 结果分析  56-58
第五章总结  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-63
攻读硕士学位期间取得的研究成果  63-64
个人简历  64-65

开关电源技术

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