低压大电流同步整流DCDC转换器设计文档格式.docx
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学 号:
1202030114
指导教师姓名、职称:
张成民高级工程师
完成日期2015年12月25日
26
摘要
进入21世纪后,微电子技术、互联网技术、集成电路,和信息技术发展得非常快速。
集成电路芯片和数字信号处理器的大规模被普及应用在手机,笔记本电脑,工作站等的场合中。
小功率的DC-DC变换器广泛的使用在计算机、各种诸如手机,笔记本电脑等便携的电子产品。
电子产品的精密化,小型化要求供电电源必须可以输出更低的电压、更大的大输出电流、而且必须保证功率密度高、效率更高、稳定性及具有快动态响应来满足以上的各种场合要求的快速、更加高效的数据处理速度。
按照低压大电流输出的DC/DC转换器的特点,我们了解到效率问题是变换器中的重要表现,经过对同步整流的原理和特点的分析,重点说明了低功率场合中自驱动同步整流的各种优势,对于自驱动同步整流,分析介绍了各种与之相结合电路拓扑后,我们发现必须给出一种新的同步整流方案,即一种新的单绕组自驱动同步整流方案,通过此方案来解决常规的自驱动同步整流方案所带有的种种局限性。
单绕组自驱动同步整流方案就是本文主要说明的方案,它具有简单性、经济性、可靠性,单绕组自驱动同步整流这种整流方案在低功率,输出低压,大电流的DC/DC变换器应用场合中使用十分合适。
自驱动同步整流的应用拓扑范围很宽,尤其适用于变压器如桥式、推挽等对称工作的拓扑。
本毕设将会进行研究分析单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器的优点,通过对主电路设计与驱动电路设计,具体到对电路元件参数进行相关计算和元件的选择,通过软件对其进行了仿真,验证了变换器低压,大电流输出的可行性。
关键词:
直-直;
变换器;
小功率;
同步整流;
单绕组自驱动;
对称半桥;
系统设计
LowvoltagehighcurrentsynchronousrectificationDC/DCconverterdesign
Abstract
Inthe21stcentury,microelectronictechnology,Internettechnology,integratedcircuits,andinformationtechnologydevelopedveryquickly.Integratedcircuitchipsanddigitalsignalprocessorsscaleisuniversalapplicationinmobilephones,laptops,workstations,andsoonoccasion.Low-powerDC/DCconverterinthecomputer,communicationsandotherapplicationshavebeenwidelyused.Itspowersupplymusthavealoweroutputvoltage,outputcurrent,higherpowerdensity,higherefficiency,stability,andhasfastdynamicresponsetomeettherequirementsofvariousoccasionsoverthefaster,moreefficientdataprocessingspeed.
AccordingtoDClowvoltagehighcurrentoutputDC/DCconverterfeatures,weknowthattheconverterefficiencyisanimportantmanifestationoftheanalysisoftheprinciplesandcharacteristicsofsynchronousrectification,andhighlightsthelow-powerapplicationsineachself-drivensynchronousrectificationDominant,forself-drivensynchronousrectification,theanalysisdescribesthevariouscombinationofcircuittopologywithafter,wefounditnecessarytogiveanewsynchronousrectificationscheme,namely,anewsingle-windingself-drivensynchronousrectificationscheme,throughthisprogramstoaddresstheconventionalself-drivensynchronousrectificationprogrambroughtsomevariouslimitations.
Single-windingself-drivensynchronousrectificationschemeismainlydescribedhereinprograms,ithasasimple,economical,reliable,itisverysuitableforlow-powerlowvoltagehighcurrentoutputDC/DCconverterapplicationsoccasions.Self-drivensynchronousrectificationtopologyofawiderangeofapplications,especiallyfortransformersuchastopologybridge,push-pullandothersymmetricalwork.
Thisarticlewillstudyandanalyzesingle-windingself-drivensynchronousrectificationsymmetricalhalf-bridgeconvertercharacteristicsbydrivingthemaincircuitdesignandcircuitdesign,circuitelementsspecifictotherightrightparametersrelatedcalculationsandcomponentselection,throughitssoftwaresimulation,verificationofthelow-voltage,high-currentoutputoftheconverterfeasibility.
Keywords:
DC-DC;
Converter;
LowPower;
Synchronous;
RectificationSelf-Driven;
Half-BridgeSystem;
Design
目录
1绪论 1
1.1课题背景 1
1.2电源管理概述和发展趋势 2
1.3开关电源叙述 2
1.3.1直流开关电源分类 2
1.3.2开关电源的定义 3
1.3.3开关电源的工作原理 3
1.3.4开关电源的组成 4
1.4本文主要研究的内容 5
2同步整流原理及同步整流方案的选择 6
2.1同步整流的原理 6
2.1.1同步整流对效率的影响 6
2.1.2同步整流的由来 7
2.1.3同步整流管的简介与选择 8
2.1.4典型的同步整流电路及其工作过程 8
2.1.5同步整流对驱动信号的要求 9
2.1.6同步整流管与结型整流二极管的损耗分析 10
2.2同步整流的方案选择 11
2.3单绕组自驱动同步整流方案的拓扑分析 12
2.3.1关于对称半桥变换器SWSDSR原理剖析 12
2.3.2单绕组自驱动同步整流的分析总结 13
2.4本章小结 13
3单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器的设计与仿真 15
3.1主要电路参数设计 15
3.1.1主电路参数设计 15
3.1.2控制电路的参数设计 17
3.2仿真结果 19
3.3仿真结果分析 22
4总结展望 24
4.1本文小结 24
4.2开关电源的研究前景与展望 24
致谢 25
参考文献 26
1绪论
本文针对最新一代数据处理器、仪器仪表、网络产品相关的工控设备、通讯产品设备、电力相关设备、影音设备等等的应用场合,对各种产品的电源中的低压大电流同步整流DC/DC转换器进行了相关背景学识的介绍和转换器重要技术进行理论分析计算设计。
1.1课题背景
随着信息科技行业的高速发展,具有高速,超大规模的集成电路产品尺寸因此变得不断减小。
各种计算机设备、科研工作站、网络服务器、便携式设备例如笔记本电脑,手机等各种设备得到了快速的发展。
这些应用方式中,直流分布式电源及其系统被广泛的使用。
电源系统的关键组成部分是使用了各种各样设计的直流电源转换器。
通讯电源的发展经过通信业的快速发展壮大,开关电源处于通信系统中的最重要的位置逐渐的变成了当今通信供电系统的主流。
在这个通讯行业的领域中,一次电源是高频整流器,而二次电源是直流/直流变换器。
随着集成电路开始大规模发展壮大,电源模块逐渐变得小型化,所以需要采用新的电路拓扑结构,开关频率得以不断的升高,这些要求使得高频开关电源技术得不断的发展,不断的进步。
我们知道生活中的笔记本电脑,手机,家庭座机等计算机、通讯产品的中央处理器是由几个微处理器组成,它具有高效率的数据处理电路。
相对于电源来讲,这些数据处理电路中的特殊的负载工作的电压变得越来越低、反而电流越来越大,在各种各样的工作状态下相互转换时电流的变化率越来越高。
为了进一步提高处理器的电路数据处理速度,微处理器的频率将会进一步提高,并且集成化程度会不断发展提高,供电电压将会变得越来越低,将会使得更多的处理器会直接集成在一个同一个小小的芯片上,所以将来的处理器它的额定工作电流必然会达到几十安培,甚至l00A或者可能会更高。
工作电流的增大会使处理器拥有着严格的功率管理方式,会对这类负载的供电的电源提出非常高的要求。
现在很多国外的电力芯片科研机构,集团公司针对这类具有特殊负载的电源进行更深层次的研究,设计出电压调节模块(VRM)。
它针对这些微处理器的高要求,电压调节模块务必提供严格的低电压输出,大电流的输出,并且这类电压调节模块还得具备快速的动态响应。
直流开关电源的发展方向逐渐朝着体积小型化,模块化,智能化,数字化,频率高等几个方向发展。
从目前的各种开发的产品来说,开关电源的开关频率已经发展到数百kHz甚至到数MHz的高度。
频率的大小也决定了开关电源小型化与模块化的发展。
电源小型化,它的一个重要的指标就是功率体积比,开关电源的功率体积比逐渐从80W/in3发展
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- 关 键 词:
- 低压 电流 同步 整流 DCDC 转换器 设计
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